基于降低成本的大體積混凝土降溫技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

孟祥

[摘要]大體積混凝土作為建筑行業(yè)的基礎(chǔ)性設(shè)施，其作用顯而易見。但是混凝土通常因?yàn)槠湟组_裂的特性，在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)工程的造價(jià)和工期造成一定影響，嚴(yán)重情況下甚至?xí)a(chǎn)生一些經(jīng)濟(jì)上的損失。為了減少此類情況在實(shí)際過(guò)程中的產(chǎn)生，本文針對(duì)現(xiàn)有的兩種降低大體積混凝土的手段即冰塊降溫和冷水管鋪設(shè)進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]配合比；優(yōu)化；低成本；大體積混凝土

文章編號(hào)：2095-4085（2016）04-0047-02

高層建筑大多由長(zhǎng)寬60m以上，厚度超過(guò)1m的鋼筋混凝土作為地基建造而成。但是在建筑物施工過(guò)程中，大面積的鋼筋混凝土容易出現(xiàn)水化熱，間接導(dǎo)致混凝土開裂，因而影響工程質(zhì)量，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致施工團(tuán)隊(duì)延期交工。因此，本文從降低大體積混凝土的成本出發(fā)，對(duì)大體積混凝土配合比的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行研究。

1.大型混凝土開裂方式及原因

混凝土開裂通常具有兩種形式，一種是表面出現(xiàn)裂縫，通常發(fā)生于水泥水化初期，因散熱不均勻，致使其內(nèi)外部溫度不一致，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部受力不一，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力、內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。內(nèi)外溫差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，造成其表面出現(xiàn)裂痕；第二種是貫穿型的裂縫，貫穿性裂縫通常出現(xiàn)于水泥水化產(chǎn)生的熱量大多已經(jīng)釋放完畢時(shí)，由于混凝土的收縮，導(dǎo)致其受外力壓迫而產(chǎn)生的裂縫。貫穿性裂痕較表面痕跡更為嚴(yán)重，其寬度和深度較為集中且嚴(yán)重，甚至?xí)茐慕ㄖ锏恼w基本結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響到工程整體的質(zhì)量與安全。因此，造成其裂開的原因歸根結(jié)底就是溫差與約束，只有混凝土的質(zhì)量在得到保障的前提下，降低其水化熱程度，才能在根本上解決混凝土開裂的問(wèn)題。

2.混凝土中添加冰塊的經(jīng)濟(jì)性

溫差是造成建筑物鋼筋混凝土裂開的一大因素，即混凝土表面溫度和其內(nèi)部溫度產(chǎn)生了較大差異，因?yàn)闊崦浝淇s等原因，最終導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。建筑物混凝土溫度的計(jì)算方法如以下公式所示：

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作，我國(guó)目前的大型建筑物在施工過(guò)程中，一般采用降低混凝土的澆筑溫度來(lái)減少大體積混凝土中的AT，這種方法是目前最經(jīng)濟(jì)且效果最為明顯的。降低混凝土的澆筑溫度，這種措施在實(shí)際操作中極其有效。我國(guó)知名學(xué)者戴會(huì)超和王建在對(duì)國(guó)內(nèi)外水利水電工程混凝土裂縫及其防治技術(shù)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)大體積混凝土的施工過(guò)程中，當(dāng)加冰率為水重量的50%時(shí)，其澆筑溫度可降低5℃左右，溫度應(yīng)力可下降0.3～0.45MPa。二人同時(shí)還研究發(fā)現(xiàn)了加冰拌和的效果，發(fā)現(xiàn)加冰對(duì)減低澆注溫度的作用是有限的，當(dāng)澆筑到一定程度后，降溫值并不會(huì)有大幅度的降低。

例如，現(xiàn)有某大型工程的大體積混凝土建筑，使用C20強(qiáng)度等級(jí)的混凝土作為材料，其坍落度可達(dá)為80mm。根據(jù)公式可以計(jì)算出每1m³的混凝土中，水的重量占總重量的8.125%。假設(shè)市場(chǎng)價(jià)格現(xiàn)階段冰塊的價(jià)格為10元/kg，受季節(jié)因素的影響，夏季可達(dá)到20元/kg，在1m³的強(qiáng)度等級(jí)為C20的混凝土中加入100kg的冰塊，平均會(huì)增加30元的成本費(fèi)用。現(xiàn)按照此標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)一塊100m×80m×4m的陽(yáng)臺(tái)，根據(jù)計(jì)算可知其混凝土的總體積為32000m³，按照1m³的混凝土加入冰塊會(huì)有30元成本費(fèi)用的支出進(jìn)行預(yù)算，整個(gè)建筑會(huì)有96萬(wàn)元的成本增加。現(xiàn)階段我國(guó)的民用建筑工程中，材料費(fèi)占直接工程費(fèi)的65%左右。除此之外將員工工資、機(jī)械使用及磨損維修的費(fèi)用、稅金等影響工程造價(jià)的因素考慮進(jìn)來(lái)，工程的最終造價(jià)會(huì)達(dá)到120萬(wàn)元左右。綜上可得，加冰塊帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)代價(jià)太大，不適合民用大體積混凝土建筑物使用。

3.加入冷卻水管的經(jīng)濟(jì)性分析

除冰塊降溫外，在大體積混凝土中埋入冷卻水管也是現(xiàn)階段技術(shù)可達(dá)到的一個(gè)常用的方法。在大體積混凝土建筑物建設(shè)時(shí)，采用外徑25mm，管壁厚度在1.5～1.8mm之間的鋼管作為冷水管的材質(zhì)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，近兩年也出現(xiàn)了使用外徑為32mm管壁厚度為2mm的高強(qiáng)聚乙烯管來(lái)進(jìn)行冷卻的建筑。在對(duì)冷水管進(jìn)行布置的過(guò)程中，為了更好的達(dá)到冷卻混凝土的效果，通常將冷卻水管布裝成水平、垂直間距在1.5～3m之間的梅花形。同時(shí)考慮到工人施工的可行性，會(huì)將冷卻水管布置于每一個(gè)澆筑層面中。例如，現(xiàn)有-100m×80m×4m的大型混凝土工程，其共有厚度為2 m的澆筑層兩層。在進(jìn)行上述鋼管材質(zhì)的冷水管鋪設(shè)后，1m³混凝土的鋼含量在0.4-0.5kg之間，經(jīng)公式計(jì)算后可得出，全部工程的混凝土工程量為32000m³，鋼含量占全部工程的12.8～16t。假設(shè)現(xiàn)階段市場(chǎng)價(jià)格的鋼價(jià)格為4000元/噸，則架設(shè)全部工程的鋼材料的費(fèi)用為5-6萬(wàn)。但是在實(shí)際安裝過(guò)程中，考慮到工程面積大，所需鋪設(shè)管道較長(zhǎng)，需要安裝加壓泵來(lái)保證冷卻水的通暢。其次，因冷水管安裝較為復(fù)雜，其人工費(fèi)用往往是材料費(fèi)的1.5倍，再加上其他費(fèi)用，全部工程完工后工程造價(jià)會(huì)在10萬(wàn)元左右。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上可見，冷水管降溫較冰塊降溫，在一定程度上降低了工程的成本，且達(dá)到了工程方案的預(yù)計(jì)效果。同時(shí)，冷水管埋入在大體積混凝土的澆筑層中，還能充當(dāng)鋼筋的角色，在提高工程穩(wěn)定性的同時(shí)，還能降低混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)相關(guān)計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，冷水管架設(shè)于大體積混凝土建筑中的優(yōu)勢(shì)更為明顯，因而這一技術(shù)更加適用于大型公共建筑的建設(shè)，在大壩等大型公共設(shè)施的建設(shè)當(dāng)中，更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)省成本。