王玉

摘 要 隨著我國城鎮(zhèn)化和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市核心區(qū)域由于土地供應(yīng)極其有限，造成超高層建筑不斷涌現(xiàn)。在建筑工程中，大體積混凝土施工是其必不可少的關(guān)鍵工序。從對大體積混凝土的定義及特點(diǎn)、產(chǎn)生有害裂縫原因的角度出發(fā)，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(shè)冷卻水管、溫度監(jiān)測和混凝土表面處理及養(yǎng)護(hù)等方面的主要措施。

關(guān)鍵詞 大體積混凝土;水化熱;施工措施

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市核心區(qū)域由于土地供應(yīng)極其有限，造成超高層建筑不斷涌現(xiàn)。為了集合各項(xiàng)建筑功能，超高層建筑多采用主塔樓和裙樓相結(jié)合的方式，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)往往采用樁筏基礎(chǔ)形式。常規(guī)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(dá)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(xiàn)溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫的問題。因此，在超高層建筑施工中采取相應(yīng)技術(shù)措施，控制溫度應(yīng)力和有害裂縫的產(chǎn)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(diǎn)

我國《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》GB50496-2018里規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土[1]。

日本建筑學(xué)會和美國混凝土協(xié)會（ACI）的規(guī)定也不盡相同，如日本建筑學(xué)會規(guī)定結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80cm以上，同時(shí)水化熱引起溫差預(yù)計(jì)超過25℃的混凝土;美國ACI規(guī)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(jié)構(gòu)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(gè)統(tǒng)一的規(guī)定，但是，混凝土水化熱的大小又與構(gòu)件截面尺寸有密不可分的關(guān)系。建筑工程中大體積混凝土工程具有如下特征：①結(jié)構(gòu)厚實(shí)、體積大，造成水泥水化熱產(chǎn)生較大的溫度變形進(jìn)而形成溫度應(yīng)力;②混凝土強(qiáng)度級別越高，混凝土中水泥使用量大，收縮變形大;③連續(xù)澆筑強(qiáng)度大、開裂風(fēng)險(xiǎn)大;④施工技術(shù)上有特殊要求。

1.2 大體積混凝土產(chǎn)生有害裂縫的原因分析

超高層建筑基礎(chǔ)多采用箱基、筏基等形式，因其混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，混凝土表面熱量散發(fā)較快，當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面的溫差過大時(shí)將形成了溫度差，使混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，如果此時(shí)因混凝土結(jié)構(gòu)齡期短，結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)混凝土極限抗拉強(qiáng)度小于混凝土溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生各種裂縫，進(jìn)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(chǎn)生原因歸納起來主要由設(shè)計(jì)和施工兩方面造成。設(shè)計(jì)方面主要有：采用強(qiáng)度等級高的混凝土，如設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高，則水泥用量大，導(dǎo)致水化熱大;忽視配置控制溫度和收縮變形的構(gòu)造鋼筋等。施工方面的主要有：材料選用不當(dāng)、施工準(zhǔn)備不周密、澆筑過程施工措施不當(dāng)和澆筑后的養(yǎng)護(hù)和監(jiān)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(guān)鍵措施。為降低水泥產(chǎn)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(chǔ)有抗?jié)B要求的，不宜選用礦渣硅酸鹽水泥。在骨料選用方面，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)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(xì)骨料選用方面，以中、粗砂為宜，且含泥量應(yīng)不超過2%。此外，應(yīng)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(jié)時(shí)間;在上海中心項(xiàng)目中，通過摻加聚羧酸鹽高效減水劑實(shí)現(xiàn)減少單位用水和水泥用量;在混凝土內(nèi)摻水泥用量10%～12%的U型混凝土膨脹劑，可實(shí)現(xiàn)超長結(jié)構(gòu)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(yīng)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(gòu)建的尺寸、混凝土初凝時(shí)間、現(xiàn)場工作面、現(xiàn)場勞動(dòng)力和澆筑強(qiáng)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(diǎn)如表1所示[2]。

2.3 埋設(shè)冷卻水管

超高層建筑大體積混凝土水化熱產(chǎn)生的內(nèi)部高溫度一般可達(dá)60～65℃，且有較長的延續(xù)時(shí)間，3至5天才達(dá)到內(nèi)部溫度峰值。為降低構(gòu)件內(nèi)部溫度，在混凝土澆筑前可在構(gòu)件內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，通過加壓使冷水在構(gòu)件內(nèi)部不斷循環(huán)來吸收內(nèi)部產(chǎn)生的水化熱的方式，來降低構(gòu)件內(nèi)外溫度差。

2.4 溫度監(jiān)測

為研究摸清大體積混凝土水化熱的多少，混凝土內(nèi)部不同位置溫度場的變化規(guī)律，掌握監(jiān)控大體積混凝土的內(nèi)部溫度變化，這樣才能采取控制溫度差的相應(yīng)對策，確保混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，通過在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同的部位埋設(shè)“銅熱傳感器”，再用混凝土溫度測定設(shè)備，進(jìn)行大體積混凝土施工全過程的監(jiān)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(dāng)設(shè)計(jì)無特殊要求時(shí)，在硬化期的混凝土實(shí)測溫度應(yīng)按照以下要求進(jìn)行控制：①混凝土內(nèi)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(bǔ)償收縮混凝土，允許介于30-35℃之間;③混凝土結(jié)構(gòu)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(shí)，才能去除保溫層。

2.5 混凝土表面處理及養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土表面浮漿較厚時(shí)，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(gòu)件表面粗骨料較少的問題。此外，大體積混凝土構(gòu)件表面應(yīng)進(jìn)行二次抹面。如果混凝土硬化后的表面出現(xiàn)塑性收縮裂縫，應(yīng)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(gòu)件養(yǎng)護(hù)過程中，為減少內(nèi)外溫差，采用構(gòu)件內(nèi)部降溫、外部保溫的措施，混凝土養(yǎng)護(hù)一般采用蓄熱法。大體積混凝土終凝后，應(yīng)立即覆蓋塑料膜和保溫層，并通過計(jì)算決定是否再加一層塑料膜。此外，混凝土的養(yǎng)護(hù)在炎熱天氣應(yīng)適當(dāng)延長。

3結(jié)束語

隨著城鎮(zhèn)化和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市核心區(qū)域超高層建筑不斷涌現(xiàn)，對施工技術(shù)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(guān)鍵工序。本文通過對大體積混凝土的定義及特點(diǎn)、產(chǎn)生有害裂縫的原因進(jìn)行分析，并針對施工環(huán)節(jié)提出了合理選用材料、合理選擇混凝土澆筑方案、埋設(shè)冷卻水管、溫度監(jiān)測和混凝土表面處理及養(yǎng)護(hù)等方面的技術(shù)措施。上述研究，為避免超高層建筑中大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫病害提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)：GB50496-2018[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[2] 中國冶金建設(shè)協(xié)會.大體積混凝土施工規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2009：217.