高層建筑工程中大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)研究

劉耀龍

摘要：常規(guī)建筑工程中大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)中，未對大體積混凝土施工前的溫度進行計算分析，導(dǎo)致實際施工中容易出現(xiàn)較大偏差，混凝土裂縫狀況嚴重，增加工程成本，因此對大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)研究很有必要。通過水泥、骨料以及其他添加劑的拌合試驗，確定合理的混凝土配比。然后對混凝土攪拌及入模過程中溫度進行計算，采取有效措施加快混凝土散熱，降低水熱比，再采用混凝土表面保溫保濕措施對其進行養(yǎng)護。試驗結(jié)果顯示：實驗中實驗組的成本金額為903萬元，對照組的成本金額為1001萬元，實驗組比對照組減少98萬元的施工成本。由此說明，所設(shè)計的裂縫防治技術(shù)，能夠有效降低施工成本。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；施工裂縫防治；高層建筑；建筑工程

0? ?引言

在高層建筑施工過程中，由于混凝土體積巨大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫問題，給建筑的安全性和穩(wěn)定性帶來潛在風(fēng)險。大體積混凝土部件主要用于一些大型施工與安全結(jié)構(gòu)要求較高的建設(shè)施工中，因此及時的處理開裂的裂縫是高層建筑工程一項重要環(huán)節(jié)[1]。而對大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)進行研究，則具有重要的理論意義和實際價值。

1? ?大體積混凝土施工裂縫防治關(guān)鍵技術(shù)

1.1? ?大體積混凝土配比設(shè)計

1.1.1? ?大體積混凝土材料選擇

對建筑工程大體積混凝土配比設(shè)計時，需基于建筑工程的周邊環(huán)境的考慮，對溫度等容易影響混凝土性能的因素進行了統(tǒng)籌，在混凝土的用材以及比例設(shè)計中，以節(jié)約用料為原則，以方便施工為目的。

混凝土原材料一般為水泥砂料以及骨料和其他添加劑組成，由于南北地區(qū)空氣溫濕度的差異，導(dǎo)致其中的比例設(shè)計也不相同。從材料自身的屬性上來說，多種材料的混合，導(dǎo)致最后的混凝土狀態(tài)也有所差別，且材料自身也會因時間等因素產(chǎn)生變化，所以即使是相同的材料和配比關(guān)系，混凝土凝結(jié)后的強度也并非完全一致。

水泥作為混凝土中必備原料之一，鑒于不同屬性的混凝土擁有不同的用途，在工程中需根據(jù)實際需求選擇適合的水泥型號?？紤]到本文所研究的高層建筑工程的特點，采用耐熱性較好礦渣水泥作為高層建筑的大體積混凝土的施工材料。

混凝土在攪拌制作中，需要加入骨料來增加混凝土的強度。加入骨料前，不僅需要考慮骨料添加比例和骨料粒徑，也需保證所選骨料具有一定的耐凍性和耐腐蝕性。綜合經(jīng)濟和技術(shù)方面進行考量，本文選擇細骨料為人工中砂料[2]。

1.1.2? ?混凝土強度等級計算

材料的配比設(shè)計應(yīng)該符合強度以及耐久度等要求。在確定成分用量的同時，需要考慮混凝土的強度和耐久性，混合型混凝土凝固后的實際強度計算公式如下：

?o=?k+t·σ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：?o表示混合型混凝土凝固后的實際強度。?k表示合型混凝土凝固后的抗壓能力值。t表示常規(guī)凝固系數(shù)。σ表示混凝土強度標準差，當混凝土強度等級小于20時，σ=4.0；當混凝土強度等級大于20小于35時，σ=5.0；當混凝土強度等級大于35時，σ=6.0。

1.2? ?計算大體積混凝土溫度

1.2.1? ?混凝土內(nèi)部溫度和彈性模量變化分析

當進行混凝土攪拌時，由于動能轉(zhuǎn)化加上自身的摩擦?xí)a(chǎn)生一定的熱量，由此造成混凝土與周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的溫度差。由于不能夠完全隔絕熱量的散失，混凝土內(nèi)部溫度會發(fā)生變化。在環(huán)境因素作用下，混凝土溫度進一步變化。

混凝土熱脹冷縮的性質(zhì)比較突出，產(chǎn)生的溫度變化會將造成混凝土擠壓變形，從而出現(xiàn)裂縫?；炷羶?nèi)部溫度和彈性模量變化的過程，如圖1所示。

大體積混凝土的降溫過程比較漫長，為了加快施工時間，通常會采用人工添加冷凝管的方式加速降溫。本文將通過熱傳導(dǎo)計算，來獲得混凝土溫度應(yīng)力的變化規(guī)律。

1.2.2? ?大體積混凝土溫度計算

將大體積混凝土進行理想處理化，設(shè)置其為一個六面體，則各個面則為dx、dy、dz，假設(shè)在時間內(nèi)，由于水泥遇水發(fā)生熱化反應(yīng)，產(chǎn)生熱量為Q。若在一定的時間內(nèi)升高的溫度是一定的，則混合物體積釋放的熱量可表示為：

（2）

式中：c表示混合物的比熱容；ρ 表示綜合物體平均密度；τ表示單位時間。

假設(shè)混凝土處于絕熱狀態(tài)，那么混凝土水熱化后，其產(chǎn)生的熱量的升溫速度可表示為：

（3）

式中：θ表示水熱化后升高的絕熱溫度；W表示每立方米中的水泥使用量；q表示水熱化數(shù)量。

在物體空間內(nèi)，當溫度隨著時間進行變化時，對其求解需要確定初始條件以及邊界條件。當時間為0時，溫度場與原有六面體的坐標關(guān)系如下：

T（x，y，z）=T0（x，y，z）? ? ? ? ? ? ?（4）

假設(shè)已知混凝土表面溫度與時間的關(guān)系，混凝土部件在高層建筑時處于空氣中，不考慮特殊情況，則混凝土散失的熱量與大氣的環(huán)境溫度之差成正比。混凝土與空氣等氣體接觸產(chǎn)生熱傳導(dǎo)現(xiàn)象時，靠近物體表面的邊界層溫度下降極快[3]。

1.3? ?大體積混凝土表面保溫保濕措施

完成混凝土精確配比以及溫度計算后，即可設(shè)計混凝土保溫保濕措施。

1.3.1? ?降低水泥水化熱

在施工過程中，為了有效降低水泥水化熱，可采用特殊性質(zhì)的水泥。在滿足施工條件下，要盡可能減少水泥用量，以降低水泥的攪拌過程帶來的熱量。同時可選擇粗骨料進行配置，并在配比中加入緩凝劑，以降低水化熱。

1.3.2? ?降低混凝土入模前溫度

降低混凝土入模前溫度，在夏季施工過程中可以起到明顯效果。若未在入模前進行降溫，可能導(dǎo)致混凝土混凝土強度降低，加快水化反應(yīng)，最終影響模后質(zhì)量。

解決混凝土入模前溫度高的問題，可采用以下幾點策略：在混凝土入模之前，對其的用料進行測試，確定骨料的含水量，保證水灰比的準確性。保持混凝土拌合水處于低溫狀態(tài)，可采取添加冰塊等方式，來防止水溫在水泥攪拌之后、入模之前產(chǎn)生大量熱量?；炷涟柚仆瓿珊?，可放置一段時間待其冷卻后再進行澆筑。環(huán)境溫度會影響混凝土的強度，在施工時間段的選擇上，要優(yōu)先選擇環(huán)境溫度和混凝土溫度較為接近的時間段。

1.3.3? ?科學(xué)養(yǎng)護

當大體量混凝土的主體部分澆筑完成后，需要對其表面進行養(yǎng)護，避免出現(xiàn)開裂或者內(nèi)部延伸裂紋等現(xiàn)象。如果出現(xiàn)因為伸縮應(yīng)力而造成的變形開裂，需要對混凝土做二次養(yǎng)護，以此增加混凝土的強度。如果工期允許，可以適當延長保溫膜的覆蓋時間，延長養(yǎng)護時間?？梢圆捎枚文旱姆椒?，來減少伸縮變形[4]。

1.4? ?大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)

在混凝土的溫度分析中，常采用建模分析。模型中參數(shù)變化，雖然與真實數(shù)據(jù)存在一定的差別，但模型分析有助于對施工參數(shù)進行選取。對混凝土中的散熱進行分析，按照該模型的預(yù)測分析，對實際施工進行指導(dǎo)，有利于防治混凝土裂縫。本文采用有限元模型，對大體積的混凝土內(nèi)部溫度進行模擬，通過參數(shù)的合理選擇，以有限元軟件模擬溫度變化。

本文以草袋和塑料膜結(jié)合的方法，對混凝土的表面溫度進行防護，并且通過計算機模型，分析大體積混凝土的表面保溫保濕的效果。該方法不僅能夠提高混凝土的外部溫度，減小內(nèi)外溫差，也能夠減小因溫差導(dǎo)致的混凝土裂縫。但塑料膜的運用需要花費一定時間，需要對整體的施工周期進行綜合考量。

大體積混凝土底板施工中，裂縫控制是重中之重。施工所在地的環(huán)境、混凝土供應(yīng)量且運輸耗時等，都會影響混凝土性能，因此對于實測溫度的數(shù)據(jù)分析，不僅僅要考慮施工控制過程是否可行，還要根據(jù)試驗結(jié)果不斷調(diào)整施工方案[5]。

2? ?實驗論證

2.1? ?實驗設(shè)計

在本次的高層建筑工程大體積混凝土裂縫防治技術(shù)的驗證實驗中，為了驗證技術(shù)的有效性，本文選擇對某實際案例應(yīng)用本文的裂縫防治技術(shù)，將其與原有的傳統(tǒng)防治技術(shù)進行成本對比。為了使本文的對比實驗的表述具有一定的簡明性，設(shè)置本文所設(shè)計的方法為實驗組，傳統(tǒng)方法為對照組。

在具體實驗環(huán)境中，為了驗證防治技術(shù)的成本優(yōu)勢性，本文在實驗中對噴射混凝土、砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼、鋼板以及縱向連接筋幾項工程進行工程量的檢驗，并對各工程所用成本進行整合，最后在整體成本消耗中，進行技術(shù)優(yōu)勢比較。

2.2? ?前期準備

為使本文所設(shè)計的防治技術(shù)能夠得到有效驗證，對所組織的勞動力進行統(tǒng)計，如表1所示。同時對工程材料與設(shè)備進行統(tǒng)計，如表2所示。

大體積混凝土施工前，要做好前期準備。需對混凝土澆筑流程工序進行統(tǒng)一設(shè)定，確保其滿足施工的工程標準。整個實驗過程中，要確保施工人員的人身安全，并在施工中盡量做到節(jié)約能源。

2.3? ?實驗結(jié)果

施工成本分析對比如表3所示。由表3的成本消耗對比結(jié)果中可以看出，本文所設(shè)計的裂縫防治技術(shù)，在各項混凝土項目施工中，均對降低成本有一定作用。但在砂漿錨桿以及鋼板項目施工中，因增加了混凝土養(yǎng)護環(huán)節(jié)，導(dǎo)致施工費用較高。

在總體成本花費中，實驗組的成本金額為903萬元，對照組的成本金額為1001萬元，實驗組比對照組減少98萬元的施工花費，體現(xiàn)出本文設(shè)計的裂縫防治技術(shù)，在降低施工成本方面具有一定作用。

3? ?結(jié)束語

常規(guī)建筑工程中大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)中，未對大體積混凝土施工前的溫度進行計算分析，導(dǎo)致實際施工中容易出現(xiàn)較大偏差，混凝土裂縫狀況嚴重，增加工程成本。基于此，筆者設(shè)計了一種大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)。

將本文設(shè)計的大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)應(yīng)用于實際過程中，并對其進行實驗研究。試驗結(jié)果顯示：實驗中實驗組的成本金額為903萬元，對照組的成本金額為1001萬元，實驗組比對照組減少98萬元的施工成本。由此說明，所設(shè)計的裂縫防治技術(shù)，能夠有效降低施工成本。

綜上所述，應(yīng)用本文設(shè)計的大體積混凝土施工裂縫防治技術(shù)，減小了大體積混凝土的裂縫可能性，提高了施工工效，減少了材料的投入，降低了施工成本。

參考文獻

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