浅析高层建筑底板大体积混凝土冬季施工温度控制技术

苏 杭

冬季施工对高层建筑底板大体积混凝土施工是一项具有挑战性的任务。寒冷气候下，低温会加快混凝土凝固时间，可能导致裂缝和强度不足等问题。学者们近年来对大体积混凝土冬季施工温度控制技术进行了研究，如黄欢[1]提出的“跳仓法”施工，可加快施工速度、控制温度分布均匀性，提高施工质量，但需要专业技术支持和适宜气候条件。而熊军辉[2]提出的大体积混凝土设备基础冬季施工方法注重稳固基础、节约能源和安全可靠性，但可能需要较长施工周期、高技术要求和成本投入。

本文旨在探讨高层建筑底板大体积混凝土冬季施工温度控制技术，为冬季混凝土施工中温度管理方面提供新的思路和技术支持，以提高施工效率和质量[3]。

1 工程概况

本文以某高层建筑为例，该高层建筑底板混凝土面积为5000 m2，厚度通常在0.5 ～1.0 m 以上，体积大、质量密集的特点使得其在低温环境下很容易出现温差过大、裂缝和强度不足等问题。对于混凝土施工来说，通常要求混凝土温度控制在5 ～15℃，以保证其正常的凝固硬化过程。在冬季施工时，外界气温通常低于零度，特别是夜间气温更低，需采取有效的措施来提升混凝土温度。一般情况下，对于低温条件下的混凝土，每降低1℃混凝土温度，其凝结时间将缩短约30%。因此，在冬季施工中，研究温度控制技术具有重要意义。

2 大体积混凝土温度控制

2.1 温度组成及影响因素

外界气温对混凝土温度有一定的影响。在冬季施工中，低温会使混凝土的凝固时间变短，增加了裂缝和强度不足的风险。季节变化也会对混凝土温度造成影响，夏季高温和冬季低温需采取不同的措施来调控。此外，施工方式如分层浇筑、保温材料的选择和混凝土入模温度等，也会对混凝土的最终温度产生影响。因此，了解混凝土温度的组成和受影响因素，并制定科学合理的温度控制策略，对于确保大体积混凝土施工的质量和安全至关重要[4]。

2.2 测温技术

在大体积混凝土施工中，采用埋置式温度计和红外线测温仪能够有效监测混凝土的温度变化，为温度控制提供重要数据支持。埋置式温度计通过在混凝土内部埋设传感器来实时监测混凝土的内部温度，可以提供较为准确的数据[5]。此外，红外线测温仪则可以在不接触混凝土表面的情况下快速测量混凝土的表面温度，适用于现场实时监测。

在混凝土施工前，将埋置式温度计布置在不同深度的混凝土内，以监测其温度分布情况。需要特别注意的是，预埋温度计的位置分布对混凝土温度测量数据变化表征具有重要影响。现实操作中，一般以均匀分布和覆盖混凝土整体断面为原则，在混凝土同一断面方向上的底部、中部和顶部各预埋一支温度计，用以测量并检测混凝土的温差变化，使其符合规范标准要求，使用红外线测温仪对混凝土表面进行定点测温，以实时了解混凝土的表面温度情况。具体的仪器参数如表1 所示。

表1 仪器参数

3 高层建筑底板大体积混凝土温控措施

3.1 分层浇筑

在高层建筑底板大体积混凝土施工过程中，采取分层浇筑的措施是一种常用的温控方法。该方法将大体积的混凝土分为多个较小的层次进行施工，每层混凝土的厚度一般控制在30 ～50 cm 之间，以便更好地控制混凝土内部温度[6]。

分层浇筑有助于减轻混凝土的自发热过程，减缓其温度升高速度，从而有效控制混凝土整体温度。具体操作中，可根据设计要求和气温情况确定分层的层数和每层的厚度。在施工过程中，每层混凝土的浇筑间隔时间一般应在12 h 以上，以确保前一层混凝土已有足够的时间进行初步凝固。分层浇筑还可以结合其他温控措施，在各层混凝土之间设置保温隔离层，防止温度的传递和交叉影响。同时，在每层浇筑完成后，可以利用埋置式温度计等相关工具对混凝土内部温度进行实时监测，及时评估并调整温度控制措施。

3.2 控制混凝土入模温度

控制混凝土入模温度是高层建筑底板大体积混凝土施工中关键的温控措施之一。混凝土进入模板前的温度直接影响着其在施工过程中的凝固速度和内部温度分布，因此需要合理控制以确保施工质量应注意和安全。在控制混凝土入模温度方面应注意：第1，要根据混凝土配合比和气温情况确定合适的搅拌温度，通常搅拌后混凝土的温度应符合设计要求。第2，需通过布置冷却水管的方式控制混凝土的整体温度，在混凝土进入模板后使其达到适宜的施工温度。

在实际操作中，可以通过埋置式温度计等设备监测混凝土的入模温度，并根据监测数据及时调整搅拌温度和保温措施。合理控制混凝土的入模温度不仅有助于防止裂缝和强度不足等问题的发生，还可以提高混凝土的整体质量和施工效率。因此应严格控制混凝土入模温度，并结合其他温控措施，如混凝土冷却技术。国内学者许后磊等[6]对大体积混凝土的水冷模拟和优化研究表明，单层冷却水管能对混凝土进行有效降温。同时，相关研究表明水管的层数和间距对水管降温半径并无显著影响。采用冷却工艺控制措施能够有效地保障高层建筑底板大体积混凝土的施工质量，确保工程的稳定性和耐久性。

实际工程冷却控制措施往往根据施工经验和现场工程管理进行反馈，冷却管材质一般采用薄壁热镀锌钢管，使用配套弯头蛇形走位布局，具有传热性能优良、构配件标准化程度高、连接可靠、安装拆卸方便、重复利用和成本低廉等特点，广泛应用于大体积混凝土冬季施工冷却控制工艺上，具体的冷却水管布置如图1 所示。

图1 冷却水管布置图（来源：网络）

3.3 加强保温措施

冬季对混凝土高质量的养护是为防止混凝土开裂，保持抗压强度。有效的保温措施能够减缓混凝土温度的下降速度，保持适宜的凝固硬化温度，从而避免裂缝、抗压强度不足等质量问题的发生。在气候恶劣，气温骤变的冬季，加强保温措施包括但不限于以下几种方法：第1，可以在混凝土面板表面覆盖绝热材料或密封材料，如保温毯、薄膜、泡沫塑料等，防止混凝土表面被外界环境冷却。第2，可以设置临时加热设备，如电热毯、热风机等，对混凝土表面进行局部加热，提升整体温度。第3，为防止混凝土水分丢失，可以在密封保温层上铺盖土工布、无纺布、草袋、麻袋等，在实际操作中，应根据气温变化和混凝土性质合理选择适宜的保温措施。通过加强保温措施，可以有效提高施工质量，减少温度相关问题的发生，保障底板混凝土结构的稳定性和耐久性。混凝土保温措施如图2 所示，在混凝土表面覆盖一层透明薄膜，减少热量损失，在薄膜上面铺设无纺布用以保湿。在气温骤变的工况下，再覆盖薄膜和草袋子各一层，达到控制温差以及保持更好的养护质量。

图2 混凝土表面保温措施（来源：网络）

3.4 混凝土振捣

在高层建筑底板大体积混凝土施工过程中，振捣可以通过以下几种方式实现：第1，可以采用机械振捣设备，如振动器、振捣棒等，将其插入混凝土中进行振动。这样的振动能够有效驱除混凝土内部的气泡，改善混凝土的密实性，从而提高其抗压强度和耐久性。第2，可以采用手工振捣方法，通过人工敲击或震动振捣棒等方式对混凝土进行振捣。手工振捣通常适用于小面积或难以使用机械设备振捣的地方。振捣不仅能够提高混凝土的力学性能，还有助于改善温度分布均匀性。在振捣过程中，混凝土颗粒间的摩擦和碰撞会产生热量，促进混凝土的凝固和硬化过程，减少温度差异。第3，振捣还可以消除混凝土中的分层现象，使整体温度更加均匀。然而在进行混凝土振捣时，需注意振捣时间和力度的适宜选择。振捣时间过长可能导致混凝土过早失去流动性，影响施工质量；振捣力度过大则可能引起混凝土分离与沉降。因此，应根据具体情况合理控制振捣的时间和力度，以达到最佳的温控效果。

如表2 所示，初期振捣旨在排除空气和包裹气泡，力度适中；中期振捣加强混凝土内部紧密性和均匀性，力度适中；后期振捣确保混凝土密实性，力度适中至高。需要根据具体情况和施工要求进行调整。

4 实验

4.1 实验指标

为了验证本文技术的有效性，本文选取某高层建筑作为研究对象。分别从大体积混凝土冬季施工温度控制技术的施工成本的影响、施工效率以及使用寿命对比结果，对比施工前后的施工效果，计算公式如下：

式中：W为总成本，单位万元；wi为土地征用费用，单位万元；wj施工材料费用，单位万元；wa为劳务费用，单位万元。

4.2 大体积混凝土冬季施工温度控制技术对施工成本的影响

为了验证本文方法的可行性，对比验证了使用大体积混凝土冬季施工温度控制技术前后的施工成本，其对比结果如图3 所示。

图3 施工成本对比结果（来源：作者自绘）

通过分析图3 可以清晰地观察到采用本文技术前后的施工成本明显差异。这一降低成本的趋势可能源自多个因素的综合作用：第1，本文技术优化了施工流程和施工工艺，流程得到科学控制，显著有效地提升了效率和生产力。第2，采用针对冬季施工温度的精确测量和严格保温措施，杜绝后道工序的质量问题，同时大部分保温材料还可再次利用，从而减少了人力资源和材料的浪费，有效地削减了成本。第3，在施工设备、人员、原材料几乎不变的条件下，针对温度控制工法的施工，减少了质量问题，改善了施工质量和速度，降低了返工和延误等附加成本，使整体施工成本更具合理性。因此，该技术的应用为施工项目带来了明显的经济收益和可持续发展。

4.3 大体积混凝土冬季施工温度控制技术对施工效率的影响

为了进一步验证本文方法的适用性，对比验证使用大体积混凝土冬季施工温度控制技术前后施工效率，其对比结果如表3 所示。

表3 高层建筑施工效率对比结果

通过对表3 的分析，可以得知该技术的应用使高层建筑的施工效率明显提升。这一提升可以归因于以下几个方面的改进：第1，设计上对分层浇筑作了明确的技术要求，对具体的层数和混凝土的厚度作了详细的规定。第2，强化了混凝土的保温绝热措施，在混凝土表面覆盖了无纺保温棉和草袋子，使得混凝土能在适宜温度下凝固硬化，发挥更好的力学和结构性能。第3，测温量具全部经过校准，特别加强对入模温度的监控和记录，调整搅拌温度，减少混凝土的开裂，提升整体施工水平。第4，选择有丰富振捣经验的操作人员，并制定振捣操作工艺规程，岗前培训，现场看板管理，提升可视化程度，并定期巡检，发现问题及时纠正，从而提高施工质量和整体竞争力。

5 结语

本文通过探讨和实践，总结了在高层建筑底板大体积混凝土冬季施工中，采取有效的温度控制技术是至关重要的。通过分层浇筑、加强保温措施、控制混凝土入模温度等多种方法，可显著提高混凝土施工过程中的温度管理效果。在实际工程中，这些策略有效地缓解了低温环境下混凝土遇到的凝固速度过快、温度梯度大等问题，有力地保障了施工质量和安全。

本文为冬季混凝土施工提供了有益的技术支持和实践经验，不仅提高了施工效率和质量，也为今后类似工程的温度控制提供了可行的指导方向。有效的温度控制技术应被视为冬季混凝土施工的重要环节，对确保工程质量和进度具有重要意义。