建筑工程中大体积混凝土施工控制措施研究

王玉

摘 要 随着我国城镇化和国民经济的不断发展，城市核心区域由于土地供应极其有限，造成超高层建筑不断涌现。在建筑工程中，大体积混凝土施工是其必不可少的关键工序。从对大体积混凝土的定义及特点、产生有害裂缝原因的角度出发，提出了在施工过程中合理选用材料、合理选择混凝土浇筑方案、埋设冷却水管、温度监测和混凝土表面处理及养护等方面的主要措施。

关键词 大体积混凝土;水化热;施工措施

引言

随着我国城镇化和国民经济的不断发展，城市核心区域由于土地供应极其有限，造成超高层建筑不断涌现。为了集合各项建筑功能，超高层建筑多采用主塔楼和裙楼相结合的方式，其基础设计往往采用桩筏基础形式。常规200米以上的超高层建筑中，其底板厚度多为2m～4m，混凝土建筑量大，属于大体积混凝土施工范畴。随着建筑高度的不断攀升，底板厚度不断增加，如天津117大厦，底板混凝土量达65000立方米，是我国民用建筑中最大体积底板混凝土浇筑工程。

在大体积混凝土施工过程中，容易出现温度变化和混凝土收缩而产生温度应力与收缩应力而导致裂缝的问题。因此，在超高层建筑施工中采取相应技术措施，控制温度应力和有害裂缝的产生是亟须解决的问题。

1大体积混凝土施工过程中存在的问题

1.1 大体积混凝土的界定和特点

我国《大体积混凝土施工标准》GB50496-2018里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土[1]。

日本建筑学会和美国混凝土协会（ACI）的规定也不尽相同，如日本建筑学会规定结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起温差预计超过25℃的混凝土;美国ACI规定：任何浇筑的混凝土，其尺寸之大采取措施解决水化热引起的体积变形问题，以最大限度地控制混凝土结构减少开裂，就称之为大体积混凝土。

总之，大体积混凝土的界定目前还没有一个统一的规定，但是，混凝土水化热的大小又与构件截面尺寸有密不可分的关系。建筑工程中大体积混凝土工程具有如下特征：①结构厚实、体积大，造成水泥水化热产生较大的温度变形进而形成温度应力;②混凝土强度级别越高，混凝土中水泥使用量大，收缩变形大;③连续浇筑强度大、开裂风险大;④施工技术上有特殊要求。

1.2 大体积混凝土产生有害裂缝的原因分析

超高层建筑基础多采用箱基、筏基等形式，因其混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土表面热量散发较快，当混凝土内部与表面的温差过大时将形成了温度差，使混凝土结构表面产生拉应力，混凝土结构内部产生压应力，如果此时因混凝土结构龄期短，结构抗拉强度很低，当混凝土极限抗拉强度小于混凝土温差产生的表面抗拉应力时，混凝土结构会产生各种裂缝，进而影响混凝土的正常性能，其形成原因如图1所示。

大体积混凝土有害裂缝的产生原因归纳起来主要由设计和施工两方面造成。设计方面主要有：采用强度等级高的混凝土，如设计强度越高，则水泥用量大，导致水化热大;忽视配置控制温度和收缩变形的构造钢筋等。施工方面的主要有：材料选用不当、施工准备不周密、浇筑过程施工措施不当和浇筑后的养护和监控不完善等。本文主要从施工方面对超高层建筑中大体积混凝土的控制措施展开探讨。

2大体积混凝土施工阶段的主要措施

2.1 材料选用方面

在建筑工程大体积混凝土施工中，选用合理的建筑材料是减少有害裂缝的关键措施。为降低水泥产生的水化热，选用低水化热的水泥在大体积混凝土施工中;其中，基础有抗渗要求的，不宜选用矿渣硅酸盐水泥。在骨料选用方面，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、粒径较大、级配良好的石子，以减少用水量和水泥用量。在无筋或少筋的大块混凝土中，可掺入不超过混凝土体积的25%的大块石，以减少水泥用量，降低水化热。在细骨料选用方面，以中、粗砂为宜，且含泥量应不超过2%。此外，应合理选用外加剂，如掺加缓凝剂可降低水化速度和水化热、延长凝结时间;在上海中心项目中，通过掺加聚羧酸盐高效减水剂实现减少单位用水和水泥用量;在混凝土内掺水泥用量10%～12%的U型混凝土膨胀剂，可实现超长结构的无缝施工。

2.2 合理选择混凝土浇筑方案

在超高层建筑大体积混凝土施工过程中，应合理确定混凝土的浇筑方案。浇筑方案的影响因素归纳起来主要有：构建的尺寸、混凝土初凝时间、现场工作面、现场劳动力和浇筑强度等。目前，常见的浇筑方案有全面分层、分段分层和斜面分层三种方式，其各自的适用范围及施工要点如表1所示[2]。

2.3 埋设冷却水管

超高层建筑大体积混凝土水化热产生的内部高温度一般可达60～65℃，且有较长的延续时间，3至5天才达到内部温度峰值。为降低构件内部温度，在混凝土浇筑前可在构件内部埋设冷却水管，通过加压使冷水在构件内部不断循环来吸收内部产生的水化热的方式，来降低构件内外温度差。

2.4 温度监测

为研究摸清大体积混凝土水化热的多少，混凝土内部不同位置温度场的变化规律，掌握监控大体积混凝土的内部温度变化，这样才能采取控制温度差的相应对策，确保混凝土结构的工程质量，通过在混凝土结构内部不同的部位埋设“铜热传感器”，再用混凝土温度测定设备，进行大体积混凝土施工全过程的监测和跟踪[2]，如图2所示。

在建筑工程大体积混凝土施工中，当设计无特殊要求时，在硬化期的混凝土实测温度应按照以下要求进行控制：①混凝土内部温差（中心与表面下100或50mm处）小于25℃;②混凝土表面温度（表面以下100或50mm）与混凝土表面外50mm处的温度差小于20℃;对补偿收缩混凝土，允许介于30-35℃之间;③混凝土结构降温的速度小于2.0℃/d;④混凝土表面与大气温差小于20℃时，才能去除保温层。

2.5 混凝土表面处理及养护

大體积混凝土表面浮浆较厚时，可在初凝前加为20～40mm的石子浆，均匀撤布在混凝土的表面，并用抹子轻轻拍平压抹，解决混凝土浇筑过程中构件表面粗骨料较少的问题。此外，大体积混凝土构件表面应进行二次抹面。如果混凝土硬化后的表面出现塑性收缩裂缝，应采用水泥素浆灌注刮平的方式处理。

在超高层大体积混凝构件养护过程中，为减少内外温差，采用构件内部降温、外部保温的措施，混凝土养护一般采用蓄热法。大体积混凝土终凝后，应立即覆盖塑料膜和保温层，并通过计算决定是否再加一层塑料膜。此外，混凝土的养护在炎热天气应适当延长。

3结束语

随着城镇化和国民经济的不断发展，城市核心区域超高层建筑不断涌现，对施工技术提出了更高的要求，而大体积混凝土施工是超高层建筑中必不可少的关键工序。本文通过对大体积混凝土的定义及特点、产生有害裂缝的原因进行分析，并针对施工环节提出了合理选用材料、合理选择混凝土浇筑方案、埋设冷却水管、温度监测和混凝土表面处理及养护等方面的技术措施。上述研究，为避免超高层建筑中大体积混凝土结构出现严重的裂缝病害提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房与城乡建设部.大体积混凝土施工标准：GB50496-2018[S].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2] 中国冶金建设协会.大体积混凝土施工规范[M].北京：中国计划出版社，2009：217.