大體積混凝土表面保溫保濕施工工藝研究

劉 華

（湖南建工集團(tuán)總公司，湖南 長沙 410011）

在工程建設(shè)過程中，特別是有轉(zhuǎn)換層的工程，大體積混凝土的施工常困擾著施工人員，其施工工藝直接關(guān)系到工程項(xiàng)目的造價(jià)和工程的總體質(zhì)量。大體積混凝土施工的關(guān)鍵技術(shù)是要解決由于溫度應(yīng)力引起裂縫的問題。國外最早對大體積混凝土溫度應(yīng)力的研究是從上世紀(jì)30年代開始的，美國加州大學(xué)威爾遜教授是國際上最早把有限元時(shí)間過程分析引入混凝土溫度場分析的學(xué)者[1]。我國在大體積混凝土溫度應(yīng)力的研究方面一直處于世界前列。本文針對尺寸介于大體積混凝土與非大體積混凝土之間的鋼筋混凝土構(gòu)件，通過溫度應(yīng)力的原理分析，解釋了溫度應(yīng)力引起的裂縫問題，提出了“軟包大模側(cè)模保濕保溫”施工新方法，并通過瀏陽水岸山城項(xiàng)目的實(shí)際施工操作進(jìn)行了驗(yàn)證，對大面積推廣該工藝具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 大體積混凝土概念及施工難點(diǎn)

大體積混凝土實(shí)際上是一個(gè)模糊的概念，目前，國內(nèi)尚無明確定義，國外的定義也不盡相同。日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（JASS5）規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在80 cm以上，同時(shí)水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過25 ℃的混凝土，稱為大體積混凝土”[2]。美國混凝土學(xué)會（ACI）規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”[3]。從以上2個(gè)定義可以看出，絕對截面尺寸的大小不是決定大體積混凝土的標(biāo)準(zhǔn)，是否產(chǎn)生水化熱引起的溫度收縮應(yīng)力是2國共同關(guān)注的焦點(diǎn)。但因水化熱又與截面尺寸有關(guān)，所以他們之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系。在我國，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定，對大體積混凝土的定義為：建筑物的基礎(chǔ)最小尺寸在l～3 m范圍內(nèi)就屬于大體積混凝土[4]。

對一些體型較大的構(gòu)件，按大體積混凝土施工規(guī)范操作可以減少混凝土裂縫的出現(xiàn)。對一些尺寸在600～1 200 mm之間的構(gòu)件，如果嚴(yán)格按照尺寸定位處理，勢必對工程造成較大浪費(fèi)，不處理又可能出現(xiàn)裂縫。探討這些臨界構(gòu)件的施工技術(shù)，如果僅從水化熱的角度去分析似乎又缺少根據(jù)，因其混凝土內(nèi)部的變化確實(shí)存在著太多變數(shù)，使之對這些構(gòu)件的處理在技術(shù)上存在相當(dāng)?shù)碾y度。鑒于以上情況，湖南建工集團(tuán)總公司在水岸山城1號棟項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換層施工過程中，就尺寸在600～1 200 mm（臨界于大體積和非大體積混凝土之間）構(gòu)件的施工技術(shù)與建設(shè)方技術(shù)人員一道開展了科技創(chuàng)新，提出了“軟包大模側(cè)模保濕保溫”的新穎施工方法。該方法在處理臨界構(gòu)件的工程施工問題時(shí)操作簡單，效果明顯，且投入成本較低，可獲得明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 大體積混凝土的溫度應(yīng)力分析

熱脹冷縮的物理原理在大體積混凝土中得以充分體現(xiàn)。水泥水化產(chǎn)生熱能，混凝土本身是熱的不良導(dǎo)體，熱能聚集在混凝土內(nèi)部無法迅速消散。而混凝土表面因?yàn)槁懵逗涂諝饨佑|，熱能向外擴(kuò)散，溫度下降，表面會因?yàn)槔淇s而產(chǎn)生拉應(yīng)力。或者周邊受到別的構(gòu)件約束，在表面降溫的過程中，也會產(chǎn)生拉應(yīng)力。在這些過程中，溫度應(yīng)力定義為混凝土由于內(nèi)外溫度的升降變化而導(dǎo)致的應(yīng)力。根據(jù)產(chǎn)生的條件，溫度應(yīng)力可分為以下2種[5]：

1）自生應(yīng)力。邊界上沒有受到任何約束或者完全靜定的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身的相互約束而出現(xiàn)的應(yīng)力。例如，沒有多余約束而處于外力平衡的混凝土構(gòu)件，澆筑完以后，內(nèi)部溫度升高，外部因?yàn)楹涂諝饨佑|，溫度降低，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的壓應(yīng)力和表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力可以互相抵消，應(yīng)力達(dá)到平衡。

2）約束應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界約束，溫度變化時(shí)不能自由變形，因而引起的溫度應(yīng)力。如整體澆筑混凝土，大梁在澆筑完以后受到周邊板的制約，在交界面上產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

大量工程實(shí)例證明，大體積混凝土出現(xiàn)的裂紋，基本都是早期出現(xiàn)而且是表面裂紋。分析其原因?yàn)椋夯炷猎跐仓^程中，由于水泥的水化過程，內(nèi)部積蓄了巨大的熱量，而外部在拆模以后，表面溫度驟降，內(nèi)外形成的巨大溫度落差，導(dǎo)致內(nèi)外應(yīng)力不均衡，但此時(shí)混凝土還未達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度，光靠自身無法抵抗溫度應(yīng)力，如果沒有及時(shí)采取保養(yǎng)措施，裂縫就很容易產(chǎn)生?？偠灾?，混凝土內(nèi)外溫差的變化（溫差達(dá)到25℃）是導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的直接原因。針對這一應(yīng)力產(chǎn)生的原因，如果施工人員能夠采取有效措施，控制好內(nèi)外溫差的變化，就抓住了問題的本質(zhì)，即可簡單有效地解決大體積混凝土表面出現(xiàn)裂縫的問題。

3 項(xiàng)目特點(diǎn)及施工方法

瀏陽水岸山城項(xiàng)目位于瀏陽市荷花路，1號棟單層面積1 300 m2，總建筑面積25 397 m2，地下2層，地上22層。第1層為轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層的最大梁寬為1 200 mm，高2 100 mm，大部分梁寬為800 mm，高1 200 mm，還有部分梁寬為600 mm，高800 mm。這些構(gòu)件的尺寸相對于普通梁來說，屬于大型構(gòu)件，但是按照大體積混凝土的定義，有些構(gòu)件是處于臨界尺寸的邊緣。為了防止混凝土裂縫的出現(xiàn)，保證澆筑的質(zhì)量，對于該層的梁，項(xiàng)目施工人員采用了“軟包大模側(cè)模保濕保溫”施工方法。

3.1 施工工藝原理

針對混凝土在水化過程中內(nèi)外溫差較大而影響構(gòu)件質(zhì)量這一問題，該施工工藝主要采取一定的保溫保濕措施。施工時(shí)采用普通竹木膠合且附有“軟包”的模板，將其“軟包”潤水濕透（避免其吸收混凝土中的水份而減少混凝土的含水量，降低水灰比，進(jìn)而影響混凝土在凝結(jié)過程中強(qiáng)度的增長），由于“軟包”自有的保溫效果使混凝土的外部環(huán)境無形中增加了一道保溫層，均衡了混凝土核心溫度，減小了其與外部環(huán)境的溫差，控制了由于溫度差而產(chǎn)生裂縫的影響。采用該施工方法可減少拆除側(cè)模后加掛保溫保濕措施的繁瑣工序，同時(shí)，拆除下來的棉被及棉布可收集了起來，再作為砼養(yǎng)護(hù)的覆蓋物，節(jié)約了費(fèi)用，減少了不必要的浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3.2 工藝特點(diǎn)及適用范圍

該施工工藝的主要特點(diǎn)有：

1）采用“軟包大模側(cè)模保濕保溫”措施，能有效確保混凝土在水化過程中有足夠的水份，使之水化更充分，保證混凝土齡期強(qiáng)度的增長，使混凝土的質(zhì)量更有保障。

2）由于有足夠的濕度和保溫條件，減少了混凝土的內(nèi)外溫差，從而減少了由于溫差而開裂的影響，直接導(dǎo)致裂縫的減少。

3）操作簡單，工人在模板預(yù)先制作過程中一并完成，且簡單安全，對工程進(jìn)度無任何影響。

4）與傳統(tǒng)的工藝相比造價(jià)底廉，只需要投入少量費(fèi)用，就可以達(dá)到與其他保溫措施同樣的效果，可有針對性地對臨界大體積混凝土進(jìn)行處理。

該施工工藝的主要適用范圍：該工藝對臨界于大體積與非大體積混凝土之間的混凝土構(gòu)件，特別是小高層商住樓有轉(zhuǎn)換層大梁的處理，梁寬在600～1 200 mm范圍內(nèi)較合適。

3.3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

主要施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備—模板制作及安裝—軟包淋水飽和—混凝土澆筑。下面詳細(xì)介紹該施工工藝的操作要點(diǎn)。

1）施工準(zhǔn)備。綜合分析并判斷哪些屬于臨界大體積混凝土構(gòu)件，為施工準(zhǔn)備好相關(guān)材料。該工程所使用的主要材料有：a.10 mm厚吸水棉被，棉被要求厚薄均勻無破損，吸水性強(qiáng)；b.棉布，布料韌性強(qiáng)，無破損；c.大頭釘和普通鐵釘及其他普通支模所用材料。作業(yè)前，先對施工人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，做好對軟包的保護(hù)措施，檢查模板的尺寸和質(zhì)量。施工作業(yè)中，盡量減少對軟包的碰撞，以免影響混凝土構(gòu)件的最終尺寸。

2）模板制作及安裝。首先將所需的模板制作成型，然后將模板擺放平整，在模板上鋪設(shè)好棉被（厚10 mm），將棉布覆蓋在棉被上，用大頭針釘牢（避免用射釘，因其不利于模板的二次周轉(zhuǎn)），整體編號擺放好。模板按普通程序安裝，在安裝過程中注意不要損壞模板內(nèi)側(cè)的軟包布體，兩邊及梁底模接觸面和板底模接觸面需特別注意用模板壓緊壓牢軟包布體的邊緣料，使之不在澆筑混凝土過程中“吃入”混凝土體中而影響結(jié)構(gòu)。

3）軟包布淋水飽和。澆筑混凝土前除對模板進(jìn)行濕水潤濕外，還需特別注意將有軟包模體的棉被和布潤水濕透，達(dá)到飽和，以避免其吸收混凝土的自身水份。

4）混凝土澆搗。澆搗過程中，必須有專人進(jìn)行查看?；炷恋臐矒v在有軟包的情況下需特別注意震動(dòng)棒的位置，不要直接接觸軟包面，以免振爛軟包布體面料，使其嵌入混凝土構(gòu)件中而影響到混凝土的整體性，造成以后的修補(bǔ)。

4 質(zhì)量控制

1）臨界混凝土構(gòu)件模板的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按GB5020—2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》執(zhí)行?？紤]到軟包的厚度，因軟包吸水后具有彈性，在養(yǎng)護(hù)過程中總水分會被吸收，模板尺寸必須比圖紙尺寸每邊大5～8 mm，這樣才能保證模板拆除后，混凝土構(gòu)件的尺寸符合要求。

2）偏差控制?，F(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)模板安裝時(shí)，其允許偏差應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 構(gòu)件模板偏差控制參數(shù)Table 1The control parameters of deviation for widget template

固定在模板上的預(yù)埋件、預(yù)留孔和預(yù)留洞均不得遺漏，且應(yīng)安裝牢固，其偏差應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 預(yù)埋件模板偏差控制參數(shù)Table 2The control parameters of deviation for embedded part template

3）主要質(zhì)量要求。制作模板時(shí)棉被必須敷設(shè)均勻，接口頂緊靠對齊拼密實(shí)，不得搭接，無大洞，平整，不得漏敷；特別是棉布應(yīng)均勻覆蓋，采用大頭釘釘牢，將搭接口用透明膠帶封死以免水泥漿流入軟包布體內(nèi)層。澆混凝土前將軟包用水濕透，模板內(nèi)的木屑和垃圾雜物必須清除干凈，墊塊的鋪設(shè)必須保證混凝土的保護(hù)層厚度，模板之間的拼接須平整，不得有漏縫，澆混凝土?xí)r注意保護(hù)好“軟包”布體。

5 施工現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)

在瀏陽水岸山城項(xiàng)目中，實(shí)際采用“軟包大模側(cè)模保濕保溫”施工方法后，項(xiàng)目部技術(shù)人員對現(xiàn)澆大梁中間和兩側(cè)的溫度進(jìn)行了測試，獲得1組實(shí)測溫度數(shù)據(jù)，見表3。

表3 實(shí)測大梁溫度Table 3The actual measured temperature of big beam ℃

實(shí)測數(shù)據(jù)表明，采用“軟包大模側(cè)模保濕保溫”措施后，梁的內(nèi)外溫差不超過25 ℃，有效地減少了內(nèi)外溫差，該工藝的實(shí)際效果是減少了混凝土裂紋的產(chǎn)生。

6 結(jié)語

采用“軟包大模側(cè)模保濕保溫”施工工藝可解決那些臨界大體積混凝土的施工技術(shù)問題，使這些臨界大體積混凝土有了更好的拆除處理方法，簡單、新穎，實(shí)踐證明有效。與同類處理方法相比，該工藝只增加了梁側(cè)模的布料和棉被的費(fèi)用，節(jié)約了投資，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因該方法控制了混凝土構(gòu)件的內(nèi)外溫差，明顯改善溫差應(yīng)力，從而減少了混凝土由于溫差影響而產(chǎn)生開裂的風(fēng)險(xiǎn)，綜合效益明顯，具有一定的推廣價(jià)值。

[1]徐 偉，吳春萍.大體積混凝土溫度裂縫控制及分析[J].工程與建設(shè)，2007，21(6)：882-884.Xu Wei, Wu Chunping.Mass Concrete Temperature Crack Control and Analysis[J].Engineering and Construction,2007，21(6) ：882-884.

[2]曹建陽.橋梁工程中大體積混凝土裂縫的原因與防治[J].中西部科技，2007(7)：17-18.Cao Jianyang.The Reason of Mass Concrete Crack in theBridge Engineering and Its Prevention[J].Science and Technology of West China, 2007(7)：17-18.

[3]尹建勛.大體積混凝土施工表面溫度裂縫控制工藝[J].山西建筑，2006，32(18)：126-127.Yin Jianxun.Technique of Controlling Surface Temperature Crack in Large-Volume Concrete Construction[J].Shanxi Architecture, 2006，32(18)：126-127.

[4]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社，1999：239.Zhu Bofang.Temperature Stress and Temperature Control of Mass Concrete[M].Beijing: China Power Press, 1999: 239.

[5]王 可，劉書賢.大體積混凝土溫度裂縫原因及控制措施[J].山西建筑，2008，34(9)：162-163.Wang Ke, Liu Shuxian.The Reasons of Mass Concrete Temperature Cracks and the Controlling Steps[J].Shanxi Architecture, 2008，34(9))：162-163.