大體積混凝土施工技術與溫度控制的研究

馬浩焱 沈陽嘉佰置業有限公司

1 前言

近年來，我國城市人口顯著增加，社會經濟發展水平不斷提高，促進了建筑業的快速發展。高層建筑工程施工對工程應用、設備和質量管理有著嚴格的要求，在現場施工中應用大規模混凝土施工技術，能夠大大提高工程運行效率，有效控制裂縫等質量問題。

2 大體積混凝土施工的特點

與常規混凝土結構施工相比，大體積混凝土有著較高的材料用量和澆筑施工量，且由于其體型龐大、構件截面尺寸大、施工條件復雜，所以對于施工技術的要求也相對較高，這也導致此類工程結構具有較高的施工難度。

大體積混凝土在具體施工的過程中，更容易受到自身收縮、水化熱反應以及外界條件等因素的影響，而出現收縮應力以及溫度應力，進而形成較高的裂縫質量風險。同時大體積混凝土施工對養護溫度要求也較高，在振搗時，也要確保整體振搗作業的合理性。此外，施工中會使用到大量材料，各種材料性能也都會對后續施工造成影響。因此，要確保各項材料性能都能夠達到預期。雖然施工中各項操作難度都不太高，但是需要施工人員注意的細節較多，因而導致了施工工藝復雜。

3 大體積混凝土施工問題

3.1 溫度裂縫

大體積混凝土施工過程中，溫度裂縫問題一直困擾著施工單位。溫度裂縫主要是由于混凝土的水溫或環境溫度的影響造成的，導致混凝土內部溫度發生較大變化，使較大混凝土中的耐拉性較高，從而引發裂縫的產生。

3.2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是大體積混凝土裂縫的主要原因。為防止鋼筋腐蝕，在設計時要確定保護層厚度，施工過程中對混凝土水灰比進行控制，加強合理的振搗，以保證混凝土密實度。同時，減少含氯混合物的使用，特別是在沿海地區或有大量腐蝕性空氣和地下水的地區，要嚴格控制鋼筋銹蝕。

3.3 干縮變形

對較大混凝土而言，其內部濕度較高，在硬化過程中通常只有一小部分與水合物反應有關，大部分游離水隨硬化而逐漸蒸發，導致較大混凝土在逐漸收縮過程中變形。即在實際工作中，干縮變形也受到許多因素的影響，如供水、水系系數、養護措施、顆粒類型等。在混凝土設計中必須考慮這些因素，否則將不可避免地導致裂縫，從而影響到大型混凝土的質量。

3.4 束縛性裂縫

束縛性因素也是導致大體積混凝土出現裂縫的一項重要因素。例如，在大體積混凝土施工作業開展期間，由于溫度改變，會導致大體積混凝土發生不同程度變形。同時，由于外界因素具有多樣、復雜等多項特點，受束縛性因素影響，會導致結構關鍵部位發生斷裂，致使內部產生較大拉應力。從實際情況來看，若內應力超出大體積混凝土能夠承受的最大抗拉強度，就會出現大量裂縫，嚴重影響大體積混凝土質量與耐久性。

4 大體積混凝土產生裂縫的原因

大體積混凝土開裂后，整體建筑質量會受到嚴重影響。大體積混凝土是一種特殊材料，裂縫原因很多。第一，施工人員在施工過程中未嚴格遵守大體積混凝土的重量要求，導致大體積混凝土承載性能下降，材料易碎，承受不了更大壓力而導致裂縫。第二，材料選擇及使用不當是造成裂縫問題的主要原因之一，如果材料質量不佳或者應用比例不合理，會使裂縫產生的概率急劇攀升。如粗細骨料具有較大的含泥量，使混凝土出現較為嚴重的收縮變形問題，并對其抗拉強度造成一定的影響。與此同時，如果粗骨料級配、砂率以及水灰比控制不當，也容易引發裂縫問題。第三，大體積混凝土內部溫度不能適應外部溫度，溫差過大，導致溫度裂縫。大體積混凝土開裂的原因主要與溫度有關。第四，約束作用因素。大體積混凝土在澆筑中，不同部位會產生不同的約束作用，從而影響大體積混凝土的質量，造成裂縫的產生。第五，在建筑大體積混凝土裂縫產生的過程中，水泥的用量非常關鍵，水泥會產生水化熱現象，如果水泥量過多，水化熱會使大體積混凝土內外溫差較大，混凝土內部溫度不易散失，產生溫度應力，造成裂縫的產生。

5 大體積混凝土施工技術溫度控制

5.1 設計環節

施工前，需要對結構尺寸進行科學合理的設計，同時需考慮到工程項目的具體內容。首先，應設計一條循環合理的冷凝水管道，使其能夠與施工現場的實際環境溫度相結合，以保證冷凝水管道的循環時間，充分保證施工現場循環時間超過7d，其結構應進行科學合理地尺寸標注，并安裝測溫孔，并確保測溫孔表面間距一致。

5.2 嚴控材料品質與配合比

施工前要對大型混凝土進行配對試驗，在科學選擇配比時，應依據耐久性、強度等設計要求，并結合溫度升高控制要求，降低配比中水泥的比例，有效限制水化熱反應，實現配比優化。這不僅有助于減少混凝土的收縮，還有助于降低病害發生率。需要泵送的混凝土，還要進行試驗以確保泵送條件得到滿足。另外，的溫度控制措施，以方便后續運行。

在選擇大型混凝土的原料時，應更加重視水泥材料，優先選用水化熱低的水泥，如礦渣或粉煤灰等普通硅酸鹽水泥，并嚴格遵守相關質量標準。選擇混凝土骨料，主要從含水率、污泥含量等指標出發，盡可能選擇天然砂。在選擇添加劑時，還應考慮溫度應力的調節。常用的添加劑包括膨脹劑（如UEA膨脹劑、有機纖維）、減壓劑、粉煤灰等，并且須保證添加劑的質量。

5.3 合理優化測溫技術

穩定性是大體積混凝土施工開展時的一項常見問題，為了確保穩定性，要合理控制各項裂縫，以免導致工程質量無法達到預期，而引起裂縫出現的關鍵因素就是溫度變化。大體積混凝土施工開展時，對溫度有著明確規定。所以，合理應用符合要求的測溫技術則顯得尤為重要。可見，要不斷優化測試技術，提高測溫技術的先進性，通過對該項技術的合理應用，完成對大體積混凝土溫度情況的全面監控，實現對裂縫的合理預防，減少裂縫的出現。

具體施工開展時，施工人員需采用電阻型溫度傳感器監測大體積混凝土溫度，并設置多個采集點位，對各個溫度檢測點位進行精準編號，依據點位依次測量每個點位溫度，且做好各項記錄。在進行溫度測量期間，要確保測溫線與鋼筋的合理的接觸，以保證各項數據準確無誤。

對于大體積混凝土來說，內部溫度與外部溫度溫差過大是引起裂縫的主要原因，做好溫度控制能夠減少裂縫的出現。工作人員應在溫度恒定情況下開展大體積混凝土養護作業，在拆模時，確保大體積混凝土外部和內部溫差控制在25℃以內，保證溫度差不會超過這一數值，且強度需超過75%，必須達到這一要求之后，才能開展拆模作業。

5.4 降低進入模具的混凝土溫度

（1）加入冷卻器或冰塊攪拌混凝土。一般來說，加冰率為混合水的40%～50%，溫度可以降低約5℃～7℃。此過程操作簡單，已為大多數項目所采用。（2）冷顆粒。常用的預冷方法是水冷和空氣。（3）低溫或夜間執行。南方春秋等寒冷季節更適合大規模混凝土。（4）在炎熱季節采取保溫降溫措施，縮短混凝土的運輸和暴露時間。混凝土入口溫度應盡可能控制在25℃以下。

5.5 混凝土澆筑

大型混凝土必須按照以下標準和程序有序地開展施工。

（1）澆筑前，應先檢查鋼筋的模板和施工質量，確保鋼筋和埋件正確安裝，且符合設計要求，然后清理模板，并涂上界面劑。（2）根據結構施工要求選擇合適的澆筑方法，控制泵端混凝土加載時間，避免長期放置造成性能變化。（3）實現無縫澆筑，應保證澆筑的連續性，避免澆筑中斷。（4）充分控制混凝土溫度，模具入口溫度限于28℃，并根據現場溫度測量結果控制混凝土結構內外溫差。（5）混凝土進入模具后，要充分振搗，并設置振動點，選擇振搗設備，根據澆筑方法、表面和水處理要求控制振動桿的間距和移動速度，并在表面出現泛漿時停止振動。（6）振搗時，應避免鋼筋和埋件的移動或變形，加強對定位鋼筋、力鋼筋等的保護。（7）為了提高混凝土的密實度，提高混凝土結構的強度、防滲強度等，在混凝土尚未凝固的情況下可以進行二次振搗，但應控制振動功率和時間，以防止混凝土因振搗擾動過大而無法成型或損壞。（8）振搗后，應進行摩擦表面處理，將混凝土連到多個噴嘴上，均勻地將粒徑25mm的碎石層撒到表面上，并使用平整木模減少油嘴塊表面的裂縫。

5.6 加強把控混凝土溫度差

控制大體積混凝土內外溫差的關鍵是控制水、水泥等合理配比，嚴格按照混凝土配比要求，添加適量的外加劑，以減少混凝土水的分散和內外溫差，同時不影響混凝土結構的整體強度。對過去大部分大型混凝土工程施工情況的分析和觀察表明，為了有效控制較大的溫差，可以選擇使用較低溫度的砂石水，通過延長凝固時間進一步加快混凝土內部熱量向外的傳播。此外，混凝土連續澆筑后，應在短時間內拆除周圍的模板，并按計劃有序地進行維護工作。

5.7 優化構造設計以及邊界約束

（1）合理的配置鋼筋。正常情況下，鋼筋的合理配置對于混凝土抗裂性能的提升有著良好的促進作用。但在進行鋼筋配置的過程中，需要將間距小以及直徑小作為基本配置原則，在此基礎上應用全截面設置模式，提升混凝土貫還需檢查采集溫度、混合溫度、入口溫度等。確定適當的溫度范圍，并提出相關穿裂縫的抵抗能力。并且，在結構表面設置鋼筋，還能提高結構表面的抗伸縮能力以及抗溫度應力能力。（2）設置滑動層。在混凝土邊緣經常會出現溫度應力以及約束應力，如果能夠在外約束接觸面當中對滑動層進行綜合設置，將會有效提升結構抗伸縮能力。（3）設置緩沖層。緩沖層能夠有效降低基礎收縮過程中的側向壓力，因此，在施工過程中，在底板地梁部分以及高低底板交接處設置厚度為30mm～50mm 的聚苯乙烯泡沫，以此進行垂直隔離，即可達到降低側向壓力的目的。

5.8 加強混凝土養護

大體積混凝土在澆筑后表面容易出現塑性裂縫，在表面混凝土初凝后進行二次抹面收光處理，可以有效改善表面平整度。混凝土的養護有兩個目的，一是保證混凝土的濕度適宜，膠凝材料充分水化反應，以利于強度的增長；二是通過覆蓋或降溫，使混凝土的溫度在規范控制范圍以內，以保證混凝土質量。

混凝土終凝后12h內，常規的做法是第一層采用塑料薄膜覆蓋，保持混凝土濕度；第二層根據季節溫度的不同，選擇不同厚度的保溫材料進行覆蓋，控制混凝土表面與核心溫度的溫差以及降溫速率。養護時間≥14d。

5.9 水化熱控制

為了保證工程項目的質量，需要對大體積混凝土水化熱引起的溫度裂縫進行針對性分析。

首先，執行單位必須報告目前的施工計劃和安全計劃，在得到有關部門批準后開展下一個施工工作。在開展具體工作時，首先對整個施工保持高度監督。例如，在監測過程中，需要建立一個有針對性的二級臺站系統。二級站期間的檢測工作，包括對混凝土路面使用車證的隨機檢查。

其次，還要針對性分析建筑過程中臨時使用電力和模型的安全風險。出現問題時，應及時與施工單位及業主聯系，采取科學合理的技術措施，分析和調整施工內容。

5.10 冷卻水降溫控制技術

大體積混凝土裂縫的產生，與溫度存在著重要的聯系，因此應重視減少溫差，降低溫度，防止溫度過高或過低產生裂縫問題。在大體積混凝土澆筑的過程中，可以在內部設置冷水管，在混凝土凝結后，通過冷卻水降低混凝土內部的溫度，從而防止內部和外部溫差較大而形成裂縫。

在混凝土內部還可設置測溫點，通過傳感器及時掌握內部溫度情況，做到動態監測，及時通過冷水管流量的控制，有效控制溫度。在內部和外部溫度小于25℃時，將冷卻水向邊緣位置流動。在混凝土中心位置設置進水口，可以設置多層冷水管，每層相互錯開，控制冷水的流量，對內部進行降溫，防止裂縫的產生。

6 結束語

總之，為了確保合理有效地利用大規模混凝土技術，提高混凝土建筑質量，需要根據技術的實際需要開展相應的準備工作，嚴格選擇材料，編寫科學設計匹配報告，通過加強工程研究和經驗，為建筑業帶來更多便利，使這項技術適應建筑行業的未來趨勢，從而提高應用水平。