建筑工程中大體積混凝土施工控制措施研究

王玉

摘 要 隨著我國城鎮化和國民經濟的不斷發展，城市核心區域由于土地供應極其有限，造成超高層建筑不斷涌現。在建筑工程中，大體積混凝土施工是其必不可少的關鍵工序。從對大體積混凝土的定義及特點、產生有害裂縫原因的角度出發，提出了在施工過程中合理選用材料、合理選擇混凝土澆筑方案、埋設冷卻水管、溫度監測和混凝土表面處理及養護等方面的主要措施。

關鍵詞 大體積混凝土;水化熱;施工措施

引言

隨著我國城鎮化和國民經濟的不斷發展，城市核心區域由于土地供應極其有限，造成超高層建筑不斷涌現。為了集合各項建筑功能，超高層建筑多采用主塔樓和裙樓相結合的方式，其基礎設計往往采用樁筏基礎形式。常規200米以上的超高層建筑中，其底板厚度多為2m～4m，混凝土建筑量大，屬于大體積混凝土施工范疇。隨著建筑高度的不斷攀升，底板厚度不斷增加，如天津117大廈，底板混凝土量達65000立方米，是我國民用建筑中最大體積底板混凝土澆筑工程。

在大體積混凝土施工過程中，容易出現溫度變化和混凝土收縮而產生溫度應力與收縮應力而導致裂縫的問題。因此，在超高層建筑施工中采取相應技術措施，控制溫度應力和有害裂縫的產生是亟須解決的問題。

1大體積混凝土施工過程中存在的問題

1.1 大體積混凝土的界定和特點

我國《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土[1]。

日本建筑學會和美國混凝土協會（ACI）的規定也不盡相同，如日本建筑學會規定結構斷面最小厚度在80cm以上，同時水化熱引起溫差預計超過25℃的混凝土;美國ACI規定：任何澆筑的混凝土，其尺寸之大采取措施解決水化熱引起的體積變形問題，以最大限度地控制混凝土結構減少開裂，就稱之為大體積混凝土。

總之，大體積混凝土的界定目前還沒有一個統一的規定，但是，混凝土水化熱的大小又與構件截面尺寸有密不可分的關系。建筑工程中大體積混凝土工程具有如下特征：①結構厚實、體積大，造成水泥水化熱產生較大的溫度變形進而形成溫度應力;②混凝土強度級別越高，混凝土中水泥使用量大，收縮變形大;③連續澆筑強度大、開裂風險大;④施工技術上有特殊要求。

1.2 大體積混凝土產生有害裂縫的原因分析

超高層建筑基礎多采用箱基、筏基等形式，因其混凝土體積大，聚集在內部的水泥水化熱不容易散發，混凝土表面熱量散發較快，當混凝土內部與表面的溫差過大時將形成了溫度差，使混凝土結構表面產生拉應力，混凝土結構內部產生壓應力，如果此時因混凝土結構齡期短，結構抗拉強度很低，當混凝土極限抗拉強度小于混凝土溫差產生的表面抗拉應力時，混凝土結構會產生各種裂縫，進而影響混凝土的正常性能，其形成原因如圖1所示。

大體積混凝土有害裂縫的產生原因歸納起來主要由設計和施工兩方面造成。設計方面主要有：采用強度等級高的混凝土，如設計強度越高，則水泥用量大，導致水化熱大;忽視配置控制溫度和收縮變形的構造鋼筋等。施工方面的主要有：材料選用不當、施工準備不周密、澆筑過程施工措施不當和澆筑后的養護和監控不完善等。本文主要從施工方面對超高層建筑中大體積混凝土的控制措施展開探討。

2大體積混凝土施工階段的主要措施

2.1 材料選用方面

在建筑工程大體積混凝土施工中，選用合理的建筑材料是減少有害裂縫的關鍵措施。為降低水泥產生的水化熱，選用低水化熱的水泥在大體積混凝土施工中;其中，基礎有抗滲要求的，不宜選用礦渣硅酸鹽水泥。在骨料選用方面，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、粒徑較大、級配良好的石子，以減少用水量和水泥用量。在無筋或少筋的大塊混凝土中，可摻入不超過混凝土體積的25%的大塊石，以減少水泥用量，降低水化熱。在細骨料選用方面，以中、粗砂為宜，且含泥量應不超過2%。此外，應合理選用外加劑，如摻加緩凝劑可降低水化速度和水化熱、延長凝結時間;在上海中心項目中，通過摻加聚羧酸鹽高效減水劑實現減少單位用水和水泥用量;在混凝土內摻水泥用量10%～12%的U型混凝土膨脹劑，可實現超長結構的無縫施工。

2.2 合理選擇混凝土澆筑方案

在超高層建筑大體積混凝土施工過程中，應合理確定混凝土的澆筑方案。澆筑方案的影響因素歸納起來主要有：構建的尺寸、混凝土初凝時間、現場工作面、現場勞動力和澆筑強度等。目前，常見的澆筑方案有全面分層、分段分層和斜面分層三種方式，其各自的適用范圍及施工要點如表1所示[2]。

2.3 埋設冷卻水管

超高層建筑大體積混凝土水化熱產生的內部高溫度一般可達60～65℃，且有較長的延續時間，3至5天才達到內部溫度峰值。為降低構件內部溫度，在混凝土澆筑前可在構件內部埋設冷卻水管，通過加壓使冷水在構件內部不斷循環來吸收內部產生的水化熱的方式，來降低構件內外溫度差。

2.4 溫度監測

為研究摸清大體積混凝土水化熱的多少，混凝土內部不同位置溫度場的變化規律，掌握監控大體積混凝土的內部溫度變化，這樣才能采取控制溫度差的相應對策，確保混凝土結構的工程質量，通過在混凝土結構內部不同的部位埋設“銅熱傳感器”，再用混凝土溫度測定設備，進行大體積混凝土施工全過程的監測和跟蹤[2]，如圖2所示。

在建筑工程大體積混凝土施工中，當設計無特殊要求時，在硬化期的混凝土實測溫度應按照以下要求進行控制：①混凝土內部溫差（中心與表面下100或50mm處）小于25℃;②混凝土表面溫度（表面以下100或50mm）與混凝土表面外50mm處的溫度差小于20℃;對補償收縮混凝土，允許介于30-35℃之間;③混凝土結構降溫的速度小于2.0℃/d;④混凝土表面與大氣溫差小于20℃時，才能去除保溫層。

2.5 混凝土表面處理及養護

大體積混凝土表面浮漿較厚時，可在初凝前加為20～40mm的石子漿，均勻撤布在混凝土的表面，并用抹子輕輕拍平壓抹，解決混凝土澆筑過程中構件表面粗骨料較少的問題。此外，大體積混凝土構件表面應進行二次抹面。如果混凝土硬化后的表面出現塑性收縮裂縫，應采用水泥素漿灌注刮平的方式處理。

在超高層大體積混凝構件養護過程中，為減少內外溫差，采用構件內部降溫、外部保溫的措施，混凝土養護一般采用蓄熱法。大體積混凝土終凝后，應立即覆蓋塑料膜和保溫層，并通過計算決定是否再加一層塑料膜。此外，混凝土的養護在炎熱天氣應適當延長。

3結束語

隨著城鎮化和國民經濟的不斷發展，城市核心區域超高層建筑不斷涌現，對施工技術提出了更高的要求，而大體積混凝土施工是超高層建筑中必不可少的關鍵工序。本文通過對大體積混凝土的定義及特點、產生有害裂縫的原因進行分析，并針對施工環節提出了合理選用材料、合理選擇混凝土澆筑方案、埋設冷卻水管、溫度監測和混凝土表面處理及養護等方面的技術措施。上述研究，為避免超高層建筑中大體積混凝土結構出現嚴重的裂縫病害提供借鑒和參考。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房與城鄉建設部.大體積混凝土施工標準：GB50496-2018[S].北京：中國建筑工業出版社，2018.

[2] 中國冶金建設協會.大體積混凝土施工規范[M].北京：中國計劃出版社，2009：217.