關(guān)于土木工程建筑中大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)分析

李思杰

銅仁廣播電視大學(xué)，貴州銅仁 554300

混凝土在工程建設(shè)中的使用是最廣泛的建筑材料之一。具有材料來源廣泛、性能可調(diào)整范圍大、可塑性強、施工工藝簡易且多變、有較高的強度和耐久性等優(yōu)點，也存在著自重大、養(yǎng)護周期長、導(dǎo)熱系數(shù)較大、不耐高溫、拆除廢棄物再生利用性較差等缺點陽。隨著現(xiàn)代化工程的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)形式也更加多樣化，大體積混凝土的應(yīng)用也越來越廣泛。高層建筑在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有很大的比例，廣州市安平商貿(mào)中心、北京環(huán)球金融中心、長沙金融大廈等，都應(yīng)用了大體積混凝土施工工藝，柳州西湖原著、沈陽半島仙境等很多高層住宅也在基礎(chǔ)工程中應(yīng)用了大體積混凝土。主要原因是因為這類建筑比較堅固，并且地上部分樓體較高，對基礎(chǔ)承載力的要求也相應(yīng)增大，基礎(chǔ)底板也會增厚，像基礎(chǔ)筏板的厚度設(shè)計從2m 到5m 不等：而且這種高層建筑通常都具有比較大的規(guī)模，基礎(chǔ)混凝土的澆筑量同樣驚人。雖然大體積混凝土在工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在著許多問題，比如裂縫的問題。如果沒有合理的溫控措施，更容易產(chǎn)生表面裂縫和貫穿裂縫。裂縫的產(chǎn)生會給建筑結(jié)構(gòu)帶來非常大的負(fù)面影響，大體積混凝土裂縫嚴(yán)重地影響了建筑結(jié)構(gòu)的使用功能，溫度裂縫所占比重尤為突出，而且隨著大體積混凝土在建筑工程中的廣泛使用，大體積混凝土溫度裂縫問題還會更為突出，如何減少溫度裂縫的產(chǎn)生成為當(dāng)前大體積混凝土施工技術(shù)中的研究重點。

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原理

大體積混凝土在施工養(yǎng)護過程中產(chǎn)生的裂縫稱為早期開裂，早期開裂會明顯提高混凝土中氯離子滲透的速度和數(shù)量，這會加速嵌入式鋼筋的腐蝕速率，對混凝土構(gòu)件的安全性和耐久性產(chǎn)生不利影響。達爾文和布朗寧的報告中提到“通過控制早期開裂，使混凝土在后期開裂的可能性和裂縫的大小都會大大的減小。所以在施工養(yǎng)護階段控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生尤為重要。

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因可以分為兩種，一是由于外部荷載產(chǎn)生的裂縫，主要是由地基不均勻沉降和大體積混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑物產(chǎn)生的荷載造成的：二是內(nèi)部變形下產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫又可以分為兩類，一類是混凝土塑性收縮裂縫，主要是由混凝土的原材料（如水泥的化學(xué)反應(yīng)引起收縮變形）的性質(zhì)產(chǎn)生的，另一類是溫度裂縫，溫度裂縫也是大體積混凝土裂縫的重點研究對象。要想解決溫度裂縫問題，必須解決大體積混凝土在施工過程中的溫度和溫度應(yīng)力問題?；炷猎跐仓瓿珊?，混凝土中的水泥在水化過程中會在短時間內(nèi)釋放出大量的熱量，加上混凝土的導(dǎo)熱性能差，這就會使混凝土內(nèi)部溫度快速上升，一般達到60℃~70℃，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸較大，經(jīng)過水化熱所產(chǎn)生的內(nèi)部熱量會在熱傳導(dǎo)系數(shù)較低的混凝土中積聚，當(dāng)內(nèi)部溫升幅度與表層的溫升幅度形成較大的溫度梯度時，致使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生不均勻的溫度場，使混凝土自身彈性模量發(fā)生急劇變化，由此產(chǎn)生的徐變變形也會增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部承受較大的壓應(yīng)力：在外界環(huán)境（如溫度變化）、地基的約束和原澆筑結(jié)構(gòu)邊界條件的約束等條件下，導(dǎo)致混凝土不能進行自由的伸縮形變，在這種情況下，混凝土的結(jié)構(gòu)外部會形成較大的拉應(yīng)力，溫度應(yīng)力因此形成。當(dāng)溫度應(yīng)力造成混凝土受拉區(qū)表面的拉應(yīng)力超過了混凝土的極限抗拉強度后，溫度裂縫就會產(chǎn)生。

2 裂縫控制措施的選擇

為了保證施工質(zhì)量，在制定大體積混凝土施工溫度裂縫控制措施時，除了符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定外，還需做到施工質(zhì)量優(yōu)質(zhì)化、施工工藝輕量化、施工環(huán)境綠色化等要求。結(jié)合實際工程情況，應(yīng)從以下幾方面對大體積混凝土的溫度裂縫控制措施進行選擇。

節(jié)約工期。大體積混凝土施工在以往的工程中，容易采用較為復(fù)雜的施工工藝，例如：采用冷水循環(huán)需鋪設(shè)冷水管，調(diào)試?yán)渌刂圃O(shè)備；留置施工縫，需后期進行二次澆注等等，對整體工期造成很大的影響，在選擇該工程的溫度裂縫措施時，應(yīng)盡可能的避免。同時對于智能操控、BIM、等其它特殊措施也應(yīng)酌情考慮。

保證質(zhì)量。溫度裂縫一直是大體積混凝土施工的重點和難點，結(jié)合本工程實際情況對溫度裂縫的把控更是具有一定的難度。首先，本工程地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，為了保證混凝土的抗寒性，就不能選擇礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥這種水化熱較低卻不具備抗寒性的水泥，必須采用普通硅酸鹽水泥：其次，該工程的大體積混凝土澆筑厚度相比于一般的房建項目，厚度較厚，水化熱產(chǎn)生的熱量會較大，施工質(zhì)量更是要得以保證。

措施科學(xué)。采用控制大體積混凝土溫度裂縫的措施，必須建立在理論依據(jù)的基礎(chǔ)上，對溫度應(yīng)力、溫升峰值、里表溫差、抗裂強度等參數(shù)進行計算必不可少，以保證控制溫度裂縫措施的科學(xué)性：同時采用軟件對大體積混凝土澆筑體進行建模，進行有限元分析，保證控制溫度裂縫措施的可行性。

監(jiān)測應(yīng)急。當(dāng)采取相應(yīng)的溫度裂縫控制措施后，在大體積混凝土的養(yǎng)護階段應(yīng)進行溫度監(jiān)測，及時掌控大體積混凝土的中心溫度和表面溫度，掌握大體積混凝土的降溫速率，制訂超過大體積混凝土溫控指標(biāo)的措施辦法：同時制訂大體積混凝土裂縫的補救措施，如發(fā)生裂縫，應(yīng)進行及時處理。

擬對該工程大體積混凝土溫度裂縫控制措施的選擇進行分析：根據(jù)大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生機理，要減少大體積混凝土溫度裂縫的根本措施就是控制混凝土的溫度。分析第二章的大體積混凝土防裂措施可以看出，在控制大體積混凝土溫度上大致是從兩方面進行著手的，第一方面是通過控制大體積混凝土的澆筑溫度，降低混凝土溫度峰值，減少溫度應(yīng)力的大小，從而減少溫度裂縫的發(fā)生；第二方面是在混凝土澆筑后，利用一些措施改變混凝土澆筑物的外部或內(nèi)部的溫度，達到減少大體積混凝土溫度裂縫的目的。結(jié)合長春興隆綜合保稅區(qū)雙創(chuàng)總部基地工程對大體積混凝土施工的要求，從第一方面考慮大體積混凝土溫度裂縫的控制措施，總體技術(shù)體系如下：

（1）根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對實際溫控指標(biāo)進行計算：

設(shè)計意圖： 從學(xué)生的生活經(jīng)驗引入，再通過資料和血液報告單的分析，讓學(xué)生真切感受到細(xì)胞代謝異常往往會反映在血液生化指標(biāo)中，同時培養(yǎng)學(xué)生獲取信息并處理信息的能力。

（2）根據(jù)計算結(jié)果擬定出混凝土澆筑前采用的溫度裂縫控制措施：

（3）對擬定措施進行理論計算，能否達到預(yù)期效果：

（4）進行ANSYS 有限元分析，驗證措施的可行性：

（5）根據(jù)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)進行養(yǎng)護階段的修正工作。

這一技術(shù)體系為大體積混凝土澆筑前溫度裂縫控制技術(shù)體系，下面結(jié)合該工程的實際情況對該技術(shù)體系具體應(yīng)用。

3 應(yīng)用三摻技術(shù)

三摻技術(shù)是目前混凝土拌制中比較成熟的技術(shù)，三摻指的是粉煤灰或礦渣粉、膨脹劑和緩凝型外加劑，加入這三種外摻材料的混凝土除了具有材料本身的特性外，還具有良好的補償收縮能力，可降低溫控措施的成本。另外采用三摻技術(shù)首先能降低水泥水化熱和水化熱峰值并延緩水化熱峰值的出現(xiàn)時間，還能降低水化熱的最高溫度，同時膨脹劑在混凝土中還可以形成預(yù)壓應(yīng)力，對降低混凝土中心溫度，控制溫度裂縫有積極影響：其次可以增強大體積混凝土的強度和抗?jié)B性，粉煤灰通過改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，進一步提高混凝土后期抗壓強度，膨脹劑在混凝土中能生成大量的鈣礬石，使毛細(xì)孔變小，降低混凝土的孔隙率，從而提高混凝土的抗?jié)B強度所以為了提高混凝土的抗?jié)B、抗裂能力，降低成本，擬選擇粉煤灰、膨脹劑和減水劑這三種材料進行三摻。

由于該工程使用的是商品混凝土，預(yù)冷拌合水和骨料是在商混站內(nèi)完成的。具體措施為用溫度為5C 的地下水對骨料進行預(yù)冷，在混凝土拌和過程中，采用溫度為5C 的地下水，經(jīng)過預(yù)冷措施后，經(jīng)現(xiàn)場施工人員檢測，混凝土的入模溫度為13℃。

4 實例分析

該工程位于長春市興隆綜合保稅區(qū)機場大路以南：總建筑面積133423.1m ㎡，地上層數(shù)27 層，地下1 層，結(jié)構(gòu)類型：A、B 塔樓主體結(jié)構(gòu)體系為框架一核心筒結(jié)構(gòu)，裙房結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)。A、B 塔樓基礎(chǔ)形式為鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁，裙房基礎(chǔ)形式為靜壓管樁基礎(chǔ)，建筑設(shè)計年限為50年，建筑主樓及地下室耐火等級為二級，核心筒抗震等級為二級，裙房框架抗震等級為三級：地下室底板防水板厚400mn，其中A、B 塔地下室底板防水板厚350mm。

施工階段大氣溫度情況：避開雨季，控制混凝土的入模溫度，比如施工時間在5月下旬，養(yǎng)護時間為6月，夜間大氣平均溫度一般應(yīng)在10℃左右，白天大氣平均溫度20℃左右。為了保證施工工期，限定大體積混凝土基礎(chǔ)的拆模應(yīng)控制在20d 以內(nèi)，通過降溫速率的降低，可以減少溫度應(yīng)力的大小，暫定為1.7℃/d。

計算大體積混凝土澆筑物拆模時表面最高溫度：10+20=30℃，則該項目大體積混凝土澆筑物拆模時表面最高溫度不宜超過30℃。

通常大體積混凝土的溫度峰值出現(xiàn)在混凝土澆筑后的2d3d，按照3d 進行計算，則大體積混凝土澆筑物澆筑后表面最高溫度：30+1.7×（20-3）=58.9℃，則該項目大體積混凝土澆筑物表面最高溫度不宜超過58.9C。

計算混凝土的中心最高溫度：58.9+25=83.9℃，則該項目大體積混凝土澆筑物最高中心溫度不宜超過83.9℃。

而在無任何措施的情況下，大體積混凝土的水化熱可使混凝土溫升最高達到70℃，混凝土的入模溫度一般控制在5C~30℃之間，則混凝土的中心最高溫度達到的范圍在75C~100℃。由此可以看出，如不采取合理的控制措施，大體積混凝土的溫度裂縫將必然產(chǎn)生。

5 結(jié)語

為了滿足長春興隆綜合保稅區(qū)雙創(chuàng)總部基地工程節(jié)約工期、保證質(zhì)量、措施科學(xué)的要求，擬定了該工程大體積混凝土溫度裂縫控制措施的技術(shù)路線，提出了大體積混凝土澆筑前溫度裂縫控制技術(shù)體系，應(yīng)用該體系并結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，以降低混凝土入模溫度為出發(fā)點，擬選用預(yù)冷拌合水及骨料和三摻技術(shù)作為控制該工程大體積混凝土溫度裂縫的具體措施對該工程大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生進行控制，這兩種措施的采用可以減少大體積混凝土施工過程中的復(fù)雜工藝，提高施工效率。