談談高層建筑大體積混凝土施工技術-以某工程為例

（東山縣梧龍硅砂礦，福建 漳州 363400）

談談高層建筑大體積混凝土施工技術-以某工程為例

林松峰

（東山縣梧龍硅砂礦，福建 漳州 363400）

隨著城市化建設的不斷推進，大型以及特大型建筑工程與日俱增，在此背景下，大體積混凝土以其結構厚實、整體性強、耐久性好等優勢在混凝土墻、地下室、底板等工程中得到了推廣應用。然而在施工中，大體積混凝土容易受材料、溫度、變形等影響而出現裂縫，本文結合某工程實例，就目前大體積混凝土產生溫度裂縫問題的起因作了分析，以供同行參考。

大體積混凝土；裂縫問題；施工技術

概述

大體積混凝土的定義：現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎等。它主要的特點就是體積大，一般實體最小尺寸大于或等于1m.它的表面系數比較小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生因此在本文中筆者在大體積混凝土結構的建筑工程中所運用的溫度監測以及裂縫控制策略，為今后同行業中大體積混凝土建筑工程的施 工提供了便利，同時也為未來進行深入的理論性研究提供了試驗以及理論的參考依據。

1 大體積混凝土結構產生裂縫問題的原因分析

大體積混凝土結構在施工階段可能產生的溫度裂縫問題，通常情況下是因為其結構內部的矛盾發展結果。一方面，該溫度裂縫是混凝土結構因為內外溫差所產生應力與應變，而另一方面則是混凝土結構物的外約束以及混凝土各個質點的約束而阻止了這種應變產生，那么一旦在溫度應力超過了混凝土結構自身能夠承受的極限抗拉強度時，就將會因此而產生不同程度的裂縫問題。眾多大體積混凝土結構的建筑工程實例已經充分證明，產生這種溫度裂縫的主要原因如下幾點：

1.1 混凝土結構中水泥水化熱的影響

水泥材料在水化過程中可能會產生非常大量的熱量，這是導致大體積混凝土結構內部溫度驟然上升的根本熱量來源。因為大體積混凝土結構的橫截面的厚度比較大，因此水化熱聚集在其結構的內部時不容易散發，便將會引起大體積混凝土結構內部的急驟升溫。因此大體積混凝土結構的導熱性能比較較差，在施工澆筑初的期混凝土的彈性模量以及強度都非常的低，那么就將對水化熱急劇溫升所引起的變形問題約束較小，因此溫度的應力也相對比較小。伴隨大體積混凝土結構的齡期不斷增長，其彈性模量以及強度也將會相應的提高，這將對混凝土結構的降溫收縮變形問題的約束力越來越強，那么便會因此產生比較大的溫度應力，在混凝土結構的抗拉強度不能夠有效地抵抗結構中的溫度應力時，也就會因此產生溫度裂縫。

1.2 混凝土結構的內外約束條件影響

大體積混凝土結構一般會和地基結構澆筑在一起，那么在外界的溫度變化時其自身便會受到地基結構的限制，所以就隨之產生了外部的約束應力。混凝土結構在早期的溫度逐漸上升時，由此產生的膨脹變形問題會受到其約束面的約束而產生相應的壓應力，在此時混凝土結構的彈件模量比較小，然而徐變以及應力松弛相對比較大，因此和基層結構的連接程度不夠牢固，因而該壓應力也就相對較小。但是在溫度下降時，則將因此產生比較大的溫度拉應力，假如拉應力超過了混凝土結構的抗拉強度時，則將會出現垂直裂縫問題。因此可見，降低其大體積混凝土結構的內外溫度差以及改善其約束條件，是有效防止與改善大體積混凝土結構產生裂縫問題的重要策略。

1.3 混凝土結構受到外界氣溫變化的影響

大體積混凝土結構一般在建筑工程的施工期間，外界環境溫度的變化對于防止大體積混凝土結構開裂具有極為重要影響。大體積混凝土結構的澆筑溫度和外界環境氣溫之間具有著直接的關系，同時其澆筑溫度又在另一方面嚴重影響著大體積混凝土結構的內部溫度變化。那么溫度應力就是由溫差而導致的變形所引起，假如外界環境的氣溫下降，尤其是環境的氣溫驟降情況，通常就將會加大該混凝土結構的溫度梯度，同時溫差愈大，其相應的溫度應力也就愈大，很容易導致大體積混凝土 結構出現裂縫。

圖1 3.9m厚筏板基礎測溫曲線

1.4 混凝土結構收縮變形的影響

混凝土結構的收縮變形詳細分為了塑性的收縮變形以及干燥的收縮變形這兩種。那么在大體積混凝土結構硬化之前，其正處茌一種塑性 狀態中，那么如果上部混凝土結構的均勻沉降受到了外界因素的限制，比如遇到了鋼筋或者大的骨料，或者其平面面積比較大的混凝土結構，其在水平方向上的減縮要比垂直方向上更加困難時，便很容易形成相應的一些不規律塑性收的縮性裂縫。

2 基礎底板大體積混凝土溫控工程算法分析

以某高層公寓的基礎底板混凝土的溫控工程施工為例，該基礎的平面尺寸大約是1205. 28m2，混凝土的厚度一般約為1.5米，加厚局部，最厚處大約3.9米，澆筑混凝土的量為2200 m3。平均氣溫為21℃。混凝土的強度為C35，防水的等級為P8。采用連續推進，一次到頂，自然流淌的施工技術。

經計算，表面的溫度為24. 82℃，二者溫差為15. 40℃，。而大氣溫度和表面溫度之差是3. 82℃，所以不用采取其他的措施 。 局部加厚的混凝土內部的最高溫度是50. 15℃，表面溫度是23. 46℃，溫差是26. 69℃，超過規定的25攝氏度，調整之后，表面溫度和大氣溫度的差，分別為19. 75℃和9.40℃。

圖2 筏板基礎平均測溫曲線

結合圖l、圖2更加以上顯示出的數據分析工程實測的平均溫度曲線，說明經驗公式和實測溫度見有一定的偏差，需要研究更為精準的方法，方便知道大體積混凝土的實際施工。

3 溫度應力場與溫度場的有限單元法

大體積混凝土里，由于水化熱是隨著時間變化的一個物理量：有限差分解法、解析解法、有限單元法。大量工程的計算結果顯示，有限單元法是最好的。其具有的優點如下：

①容易適應不規則的邊界；

②溫度的梯度比較大的區域里，可采取的措施是加密局部網格，使計算的精度提高。

3.1 線性瞬態熱傳導問題求解

那么所討論的問題為線性的。用隱式餌法中向后差分法來求瞬態的熱傳導，隱式的解法之中，效果較好的就是向后差分法。

該式是線性方程組。t=0是初始瞬時，視為{T}n，代到該式中，可求得第一時段的溫度{T}n+l，用此方法逐步進行遞推，可計算任意時間的溫度。

3.2 傳熱問題

為充分的考慮土壤溫度場與大體積混凝土溫度場互相的影響，采用了一維不穩定的耦合熱傳導的方程組描述出混凝土傳熱的問題。

3.3 分析ANSYS 5.7的計算結果

本文采用了ANSYS的有限元分析軟件模擬計算了大體積混凝土的溫度場，提供出預防混凝土產生裂縫的數據，為確定大體積混凝土中耦合溫度場運用的必要性及其內部溫度場分布的規律。

結語

在建筑行業，大體積混凝土已被廣泛應用，在施工中最重要的就是裂縫的控制，同時大體積混凝土的澆筑也是施工技術的關鍵。然而串聯起整個施工技術的核心是養護時溫度的控制，只有控制好溫度，才能控制好裂縫的產生，才能做到良好的澆筑。

[1]葉松國，鄒海江.高層建筑地下室大體積混凝土溫度裂縫的控制[J].山西建筑，2008（22）.

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