基于降低成本的大体积混凝土降温技术优化设计研究

孟祥

[摘要]大体积混凝土作为建筑行业的基础性设施，其作用显而易见。但是混凝土通常因为其易开裂的特性，在施工过程中会对工程的造价和工期造成一定影响，严重情况下甚至会产生一些经济上的损失。为了减少此类情况在实际过程中的产生，本文针对现有的两种降低大体积混凝土的手段即冰块降温和冷水管铺设进行了探讨。

[关键词]配合比；优化；低成本；大体积混凝土

文章编号：2095-4085（2016）04-0047-02

高层建筑大多由长宽60m以上，厚度超过1m的钢筋混凝土作为地基建造而成。但是在建筑物施工过程中，大面积的钢筋混凝土容易出现水化热，间接导致混凝土开裂，因而影响工程质量，严重的甚至会导致施工团队延期交工。因此，本文从降低大体积混凝土的成本出发，对大体积混凝土配合比的优化问题进行研究。

1.大型混凝土开裂方式及原因

混凝土开裂通常具有两种形式，一种是表面出现裂缝，通常发生于水泥水化初期，因散热不均匀，致使其内外部温度不一致，导致混凝土内外部受力不一，表面产生拉应力、内部产生压应力。内外温差过大，会导致大体积混凝土表面产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，造成其表面出现裂痕；第二种是贯穿型的裂缝，贯穿性裂缝通常出现于水泥水化产生的热量大多已经释放完毕时，由于混凝土的收缩，导致其受外力压迫而产生的裂缝。贯穿性裂痕较表面痕迹更为严重，其宽度和深度较为集中且严重，甚至会破坏建筑物的整体基本结构，严重影响到工程整体的质量与安全。因此，造成其裂开的原因归根结底就是温差与约束，只有混凝土的质量在得到保障的前提下，降低其水化热程度，才能在根本上解决混凝土开裂的问题。

2.混凝土中添加冰块的经济性

温差是造成建筑物钢筋混凝土裂开的一大因素，即混凝土表面温度和其内部温度产生了较大差异，因为热胀冷缩等原因，最终导致混凝土出现了开裂现象。建筑物混凝土温度的计算方法如以下公式所示：

经过多年的实验和实际操作，我国目前的大型建筑物在施工过程中，一般采用降低混凝土的浇筑温度来减少大体积混凝土中的AT，这种方法是目前最经济且效果最为明显的。降低混凝土的浇筑温度，这种措施在实际操作中极其有效。我国知名学者戴会超和王建在对国内外水利水电工程混凝土裂缝及其防治技术进行研究后发现，我国现阶段对大体积混凝土的施工过程中，当加冰率为水重量的50%时，其浇筑温度可降低5℃左右，温度应力可下降0.3～0.45MPa。二人同时还研究发现了加冰拌和的效果，发现加冰对减低浇注温度的作用是有限的，当浇筑到一定程度后，降温值并不会有大幅度的降低。

例如，现有某大型工程的大体积混凝土建筑，使用C20强度等级的混凝土作为材料，其坍落度可达为80mm。根据公式可以计算出每1m³的混凝土中，水的重量占总重量的8.125%。假设市场价格现阶段冰块的价格为10元/kg，受季节因素的影响，夏季可达到20元/kg，在1m³的强度等级为C20的混凝土中加入100kg的冰块，平均会增加30元的成本费用。现按照此标准建设一块100m×80m×4m的阳台，根据计算可知其混凝土的总体积为32000m³，按照1m³的混凝土加入冰块会有30元成本费用的支出进行预算，整个建筑会有96万元的成本增加。现阶段我国的民用建筑工程中，材料费占直接工程费的65%左右。除此之外将员工工资、机械使用及磨损维修的费用、税金等影响工程造价的因素考虑进来，工程的最终造价会达到120万元左右。综上可得，加冰块带来的经济代价太大，不适合民用大体积混凝土建筑物使用。

3.加入冷却水管的经济性分析

除冰块降温外，在大体积混凝土中埋入冷却水管也是现阶段技术可达到的一个常用的方法。在大体积混凝土建筑物建设时，采用外径25mm，管壁厚度在1.5～1.8mm之间的钢管作为冷水管的材质，随着技术的进步，近两年也出现了使用外径为32mm管壁厚度为2mm的高强聚乙烯管来进行冷却的建筑。在对冷水管进行布置的过程中，为了更好的达到冷却混凝土的效果，通常将冷却水管布装成水平、垂直间距在1.5～3m之间的梅花形。同时考虑到工人施工的可行性，会将冷却水管布置于每一个浇筑层面中。例如，现有-100m×80m×4m的大型混凝土工程，其共有厚度为2 m的浇筑层两层。在进行上述钢管材质的冷水管铺设后，1m³混凝土的钢含量在0.4-0.5kg之间，经公式计算后可得出，全部工程的混凝土工程量为32000m³，钢含量占全部工程的12.8～16t。假设现阶段市场价格的钢价格为4000元/吨，则架设全部工程的钢材料的费用为5-6万。但是在实际安装过程中，考虑到工程面积大，所需铺设管道较长，需要安装加压泵来保证冷却水的通畅。其次，因冷水管安装较为复杂，其人工费用往往是材料费的1.5倍，再加上其他费用，全部工程完工后工程造价会在10万元左右。

4.结语

综上可见，冷水管降温较冰块降温，在一定程度上降低了工程的成本，且达到了工程方案的预计效果。同时，冷水管埋入在大体积混凝土的浇筑层中，还能充当钢筋的角色，在提高工程稳定性的同时，还能降低混凝土的开裂风险。根据相关计算可以发现，冷水管架设于大体积混凝土建筑中的优势更为明显，因而这一技术更加适用于大型公共建筑的建设，在大坝等大型公共设施的建设当中，更为经济实惠，节省成本。