淺析高層建筑底板大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)

蘇 杭

冬季施工對高層建筑底板大體積混凝土施工是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。寒冷氣候下，低溫會加快混凝土凝固時間，可能導(dǎo)致裂縫和強(qiáng)度不足等問題。學(xué)者們近年來對大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)進(jìn)行了研究，如黃歡[1]提出的“跳倉法”施工，可加快施工速度、控制溫度分布均勻性，提高施工質(zhì)量，但需要專業(yè)技術(shù)支持和適宜氣候條件。而熊軍輝[2]提出的大體積混凝土設(shè)備基礎(chǔ)冬季施工方法注重穩(wěn)固基礎(chǔ)、節(jié)約能源和安全可靠性，但可能需要較長施工周期、高技術(shù)要求和成本投入。

本文旨在探討高層建筑底板大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)，為冬季混凝土施工中溫度管理方面提供新的思路和技術(shù)支持，以提高施工效率和質(zhì)量[3]。

1 工程概況

本文以某高層建筑為例，該高層建筑底板混凝土面積為5000 m2，厚度通常在0.5 ～1.0 m 以上，體積大、質(zhì)量密集的特點(diǎn)使得其在低溫環(huán)境下很容易出現(xiàn)溫差過大、裂縫和強(qiáng)度不足等問題。對于混凝土施工來說，通常要求混凝土溫度控制在5 ～15℃，以保證其正常的凝固硬化過程。在冬季施工時，外界氣溫通常低于零度，特別是夜間氣溫更低，需采取有效的措施來提升混凝土溫度。一般情況下，對于低溫條件下的混凝土，每降低1℃混凝土溫度，其凝結(jié)時間將縮短約30%。因此，在冬季施工中，研究溫度控制技術(shù)具有重要意義。

2 大體積混凝土溫度控制

2.1 溫度組成及影響因素

外界氣溫對混凝土溫度有一定的影響。在冬季施工中，低溫會使混凝土的凝固時間變短，增加了裂縫和強(qiáng)度不足的風(fēng)險。季節(jié)變化也會對混凝土溫度造成影響，夏季高溫和冬季低溫需采取不同的措施來調(diào)控。此外，施工方式如分層澆筑、保溫材料的選擇和混凝土入模溫度等，也會對混凝土的最終溫度產(chǎn)生影響。因此，了解混凝土溫度的組成和受影響因素，并制定科學(xué)合理的溫度控制策略，對于確保大體積混凝土施工的質(zhì)量和安全至關(guān)重要[4]。

2.2 測溫技術(shù)

在大體積混凝土施工中，采用埋置式溫度計和紅外線測溫儀能夠有效監(jiān)測混凝土的溫度變化，為溫度控制提供重要數(shù)據(jù)支持。埋置式溫度計通過在混凝土內(nèi)部埋設(shè)傳感器來實(shí)時監(jiān)測混凝土的內(nèi)部溫度，可以提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[5]。此外，紅外線測溫儀則可以在不接觸混凝土表面的情況下快速測量混凝土的表面溫度，適用于現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測。

在混凝土施工前，將埋置式溫度計布置在不同深度的混凝土內(nèi)，以監(jiān)測其溫度分布情況。需要特別注意的是，預(yù)埋溫度計的位置分布對混凝土溫度測量數(shù)據(jù)變化表征具有重要影響?，F(xiàn)實(shí)操作中，一般以均勻分布和覆蓋混凝土整體斷面為原則，在混凝土同一斷面方向上的底部、中部和頂部各預(yù)埋一支溫度計，用以測量并檢測混凝土的溫差變化，使其符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，使用紅外線測溫儀對混凝土表面進(jìn)行定點(diǎn)測溫，以實(shí)時了解混凝土的表面溫度情況。具體的儀器參數(shù)如表1 所示。

表1 儀器參數(shù)

3 高層建筑底板大體積混凝土溫控措施

3.1 分層澆筑

在高層建筑底板大體積混凝土施工過程中，采取分層澆筑的措施是一種常用的溫控方法。該方法將大體積的混凝土分為多個較小的層次進(jìn)行施工，每層混凝土的厚度一般控制在30 ～50 cm 之間，以便更好地控制混凝土內(nèi)部溫度[6]。

分層澆筑有助于減輕混凝土的自發(fā)熱過程，減緩其溫度升高速度，從而有效控制混凝土整體溫度。具體操作中，可根據(jù)設(shè)計要求和氣溫情況確定分層的層數(shù)和每層的厚度。在施工過程中，每層混凝土的澆筑間隔時間一般應(yīng)在12 h 以上，以確保前一層混凝土已有足夠的時間進(jìn)行初步凝固。分層澆筑還可以結(jié)合其他溫控措施，在各層混凝土之間設(shè)置保溫隔離層，防止溫度的傳遞和交叉影響。同時，在每層澆筑完成后，可以利用埋置式溫度計等相關(guān)工具對混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時評估并調(diào)整溫度控制措施。

3.2 控制混凝土入模溫度

控制混凝土入模溫度是高層建筑底板大體積混凝土施工中關(guān)鍵的溫控措施之一?；炷吝M(jìn)入模板前的溫度直接影響著其在施工過程中的凝固速度和內(nèi)部溫度分布，因此需要合理控制以確保施工質(zhì)量應(yīng)注意和安全。在控制混凝土入模溫度方面應(yīng)注意：第1，要根據(jù)混凝土配合比和氣溫情況確定合適的攪拌溫度，通常攪拌后混凝土的溫度應(yīng)符合設(shè)計要求。第2，需通過布置冷卻水管的方式控制混凝土的整體溫度，在混凝土進(jìn)入模板后使其達(dá)到適宜的施工溫度。

在實(shí)際操作中，可以通過埋置式溫度計等設(shè)備監(jiān)測混凝土的入模溫度，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整攪拌溫度和保溫措施。合理控制混凝土的入模溫度不僅有助于防止裂縫和強(qiáng)度不足等問題的發(fā)生，還可以提高混凝土的整體質(zhì)量和施工效率。因此應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土入模溫度，并結(jié)合其他溫控措施，如混凝土冷卻技術(shù)。國內(nèi)學(xué)者許后磊等[6]對大體積混凝土的水冷模擬和優(yōu)化研究表明，單層冷卻水管能對混凝土進(jìn)行有效降溫。同時，相關(guān)研究表明水管的層數(shù)和間距對水管降溫半徑并無顯著影響。采用冷卻工藝控制措施能夠有效地保障高層建筑底板大體積混凝土的施工質(zhì)量，確保工程的穩(wěn)定性和耐久性。

實(shí)際工程冷卻控制措施往往根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場工程管理進(jìn)行反饋，冷卻管材質(zhì)一般采用薄壁熱鍍鋅鋼管，使用配套彎頭蛇形走位布局，具有傳熱性能優(yōu)良、構(gòu)配件標(biāo)準(zhǔn)化程度高、連接可靠、安裝拆卸方便、重復(fù)利用和成本低廉等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大體積混凝土冬季施工冷卻控制工藝上，具體的冷卻水管布置如圖1 所示。

圖1 冷卻水管布置圖（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.3 加強(qiáng)保溫措施

冬季對混凝土高質(zhì)量的養(yǎng)護(hù)是為防止混凝土開裂，保持抗壓強(qiáng)度。有效的保溫措施能夠減緩混凝土溫度的下降速度，保持適宜的凝固硬化溫度，從而避免裂縫、抗壓強(qiáng)度不足等質(zhì)量問題的發(fā)生。在氣候惡劣，氣溫驟變的冬季，加強(qiáng)保溫措施包括但不限于以下幾種方法：第1，可以在混凝土面板表面覆蓋絕熱材料或密封材料，如保溫毯、薄膜、泡沫塑料等，防止混凝土表面被外界環(huán)境冷卻。第2，可以設(shè)置臨時加熱設(shè)備，如電熱毯、熱風(fēng)機(jī)等，對混凝土表面進(jìn)行局部加熱，提升整體溫度。第3，為防止混凝土水分丟失，可以在密封保溫層上鋪蓋土工布、無紡布、草袋、麻袋等，在實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)氣溫變化和混凝土性質(zhì)合理選擇適宜的保溫措施。通過加強(qiáng)保溫措施，可以有效提高施工質(zhì)量，減少溫度相關(guān)問題的發(fā)生，保障底板混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性?；炷帘卮胧┤鐖D2 所示，在混凝土表面覆蓋一層透明薄膜，減少熱量損失，在薄膜上面鋪設(shè)無紡布用以保濕。在氣溫驟變的工況下，再覆蓋薄膜和草袋子各一層，達(dá)到控制溫差以及保持更好的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

圖2 混凝土表面保溫措施（來源：網(wǎng)絡(luò)）

3.4 混凝土振搗

在高層建筑底板大體積混凝土施工過程中，振搗可以通過以下幾種方式實(shí)現(xiàn)：第1，可以采用機(jī)械振搗設(shè)備，如振動器、振搗棒等，將其插入混凝土中進(jìn)行振動。這樣的振動能夠有效驅(qū)除混凝土內(nèi)部的氣泡，改善混凝土的密實(shí)性，從而提高其抗壓強(qiáng)度和耐久性。第2，可以采用手工振搗方法，通過人工敲擊或震動振搗棒等方式對混凝土進(jìn)行振搗。手工振搗通常適用于小面積或難以使用機(jī)械設(shè)備振搗的地方。振搗不僅能夠提高混凝土的力學(xué)性能，還有助于改善溫度分布均勻性。在振搗過程中，混凝土顆粒間的摩擦和碰撞會產(chǎn)生熱量，促進(jìn)混凝土的凝固和硬化過程，減少溫度差異。第3，振搗還可以消除混凝土中的分層現(xiàn)象，使整體溫度更加均勻。然而在進(jìn)行混凝土振搗時，需注意振搗時間和力度的適宜選擇。振搗時間過長可能導(dǎo)致混凝土過早失去流動性，影響施工質(zhì)量；振搗力度過大則可能引起混凝土分離與沉降。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況合理控制振搗的時間和力度，以達(dá)到最佳的溫控效果。

如表2 所示，初期振搗旨在排除空氣和包裹氣泡，力度適中；中期振搗加強(qiáng)混凝土內(nèi)部緊密性和均勻性，力度適中；后期振搗確保混凝土密實(shí)性，力度適中至高。需要根據(jù)具體情況和施工要求進(jìn)行調(diào)整。

4 實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)

為了驗(yàn)證本文技術(shù)的有效性，本文選取某高層建筑作為研究對象。分別從大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)的施工成本的影響、施工效率以及使用壽命對比結(jié)果，對比施工前后的施工效果，計算公式如下：

式中：W為總成本，單位萬元；wi為土地征用費(fèi)用，單位萬元；wj施工材料費(fèi)用，單位萬元；wa為勞務(wù)費(fèi)用，單位萬元。

4.2 大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)對施工成本的影響

為了驗(yàn)證本文方法的可行性，對比驗(yàn)證了使用大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)前后的施工成本，其對比結(jié)果如圖3 所示。

圖3 施工成本對比結(jié)果（來源：作者自繪）

通過分析圖3 可以清晰地觀察到采用本文技術(shù)前后的施工成本明顯差異。這一降低成本的趨勢可能源自多個因素的綜合作用：第1，本文技術(shù)優(yōu)化了施工流程和施工工藝，流程得到科學(xué)控制，顯著有效地提升了效率和生產(chǎn)力。第2，采用針對冬季施工溫度的精確測量和嚴(yán)格保溫措施，杜絕后道工序的質(zhì)量問題，同時大部分保溫材料還可再次利用，從而減少了人力資源和材料的浪費(fèi)，有效地削減了成本。第3，在施工設(shè)備、人員、原材料幾乎不變的條件下，針對溫度控制工法的施工，減少了質(zhì)量問題，改善了施工質(zhì)量和速度，降低了返工和延誤等附加成本，使整體施工成本更具合理性。因此，該技術(shù)的應(yīng)用為施工項(xiàng)目帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)收益和可持續(xù)發(fā)展。

4.3 大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)對施工效率的影響

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文方法的適用性，對比驗(yàn)證使用大體積混凝土冬季施工溫度控制技術(shù)前后施工效率，其對比結(jié)果如表3 所示。

表3 高層建筑施工效率對比結(jié)果

通過對表3 的分析，可以得知該技術(shù)的應(yīng)用使高層建筑的施工效率明顯提升。這一提升可以歸因于以下幾個方面的改進(jìn)：第1，設(shè)計上對分層澆筑作了明確的技術(shù)要求，對具體的層數(shù)和混凝土的厚度作了詳細(xì)的規(guī)定。第2，強(qiáng)化了混凝土的保溫絕熱措施，在混凝土表面覆蓋了無紡保溫棉和草袋子，使得混凝土能在適宜溫度下凝固硬化，發(fā)揮更好的力學(xué)和結(jié)構(gòu)性能。第3，測溫量具全部經(jīng)過校準(zhǔn)，特別加強(qiáng)對入模溫度的監(jiān)控和記錄，調(diào)整攪拌溫度，減少混凝土的開裂，提升整體施工水平。第4，選擇有豐富振搗經(jīng)驗(yàn)的操作人員，并制定振搗操作工藝規(guī)程，崗前培訓(xùn)，現(xiàn)場看板管理，提升可視化程度，并定期巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，從而提高施工質(zhì)量和整體競爭力。

5 結(jié)語

本文通過探討和實(shí)踐，總結(jié)了在高層建筑底板大體積混凝土冬季施工中，采取有效的溫度控制技術(shù)是至關(guān)重要的。通過分層澆筑、加強(qiáng)保溫措施、控制混凝土入模溫度等多種方法，可顯著提高混凝土施工過程中的溫度管理效果。在實(shí)際工程中，這些策略有效地緩解了低溫環(huán)境下混凝土遇到的凝固速度過快、溫度梯度大等問題，有力地保障了施工質(zhì)量和安全。

本文為冬季混凝土施工提供了有益的技術(shù)支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不僅提高了施工效率和質(zhì)量，也為今后類似工程的溫度控制提供了可行的指導(dǎo)方向。有效的溫度控制技術(shù)應(yīng)被視為冬季混凝土施工的重要環(huán)節(jié)，對確保工程質(zhì)量和進(jìn)度具有重要意義。