高层建筑工程中大体积混凝土施工裂缝防治技术研究

刘耀龙

摘要：常规建筑工程中大体积混凝土施工裂缝防治技术中，未对大体积混凝土施工前的温度进行计算分析，导致实际施工中容易出现较大偏差，混凝土裂缝状况严重，增加工程成本，因此对大体积混凝土施工裂缝防治技术研究很有必要。通过水泥、骨料以及其他添加剂的拌合试验，确定合理的混凝土配比。然后对混凝土搅拌及入模过程中温度进行计算，采取有效措施加快混凝土散热，降低水热比，再采用混凝土表面保温保湿措施对其进行养护。试验结果显示：实验中实验组的成本金额为903万元，对照组的成本金额为1001万元，实验组比对照组减少98万元的施工成本。由此说明，所设计的裂缝防治技术，能够有效降低施工成本。

关键词：大体积混凝土；施工裂缝防治；高层建筑；建筑工程

0   引言

在高层建筑施工过程中，由于混凝土体积巨大且结构复杂，经常会出现裂缝问题，给建筑的安全性和稳定性带来潜在风险。大体积混凝土部件主要用于一些大型施工与安全结构要求较高的建设施工中，因此及时的处理开裂的裂缝是高层建筑工程一项重要环节[1]。而对大体积混凝土施工裂缝防治技术进行研究，则具有重要的理论意义和实际价值。

1   大体积混凝土施工裂缝防治关键技术

1.1   大体积混凝土配比设计

1.1.1   大体积混凝土材料选择

对建筑工程大体积混凝土配比设计时，需基于建筑工程的周边环境的考虑，对温度等容易影响混凝土性能的因素进行了统筹，在混凝土的用材以及比例设计中，以节约用料为原则，以方便施工为目的。

混凝土原材料一般为水泥砂料以及骨料和其他添加剂组成，由于南北地区空气温湿度的差异，导致其中的比例设计也不相同。从材料自身的属性上来说，多种材料的混合，导致最后的混凝土状态也有所差别，且材料自身也会因时间等因素产生变化，所以即使是相同的材料和配比关系，混凝土凝结后的强度也并非完全一致。

水泥作为混凝土中必备原料之一，鉴于不同属性的混凝土拥有不同的用途，在工程中需根据实际需求选择适合的水泥型号。考虑到本文所研究的高层建筑工程的特点，采用耐热性较好矿渣水泥作为高层建筑的大体积混凝土的施工材料。

混凝土在搅拌制作中，需要加入骨料来增加混凝土的强度。加入骨料前，不仅需要考虑骨料添加比例和骨料粒径，也需保证所选骨料具有一定的耐冻性和耐腐蚀性。综合经济和技术方面进行考量，本文选择细骨料为人工中砂料[2]。

1.1.2   混凝土强度等级计算

材料的配比设计应该符合强度以及耐久度等要求。在确定成分用量的同时，需要考虑混凝土的强度和耐久性，混合型混凝土凝固后的实际强度计算公式如下：

?o=?k+t·σ                 （1）

式中：?o表示混合型混凝土凝固后的实际强度。?k表示合型混凝土凝固后的抗压能力值。t表示常规凝固系数。σ表示混凝土强度标准差，当混凝土强度等级小于20时，σ=4.0；当混凝土强度等级大于20小于35时，σ=5.0；当混凝土强度等级大于35时，σ=6.0。

1.2   计算大体积混凝土温度

1.2.1   混凝土内部温度和弹性模量变化分析

当进行混凝土搅拌时，由于动能转化加上自身的摩擦会产生一定的热量，由此造成混凝土与周围环境产生一定的温度差。由于不能够完全隔绝热量的散失，混凝土内部温度会发生变化。在环境因素作用下，混凝土温度进一步变化。

混凝土热胀冷缩的性质比较突出，产生的温度变化会将造成混凝土挤压变形，从而出现裂缝。混凝土内部温度和弹性模量变化的过程，如图1所示。

大体积混凝土的降温过程比较漫长，为了加快施工时间，通常会采用人工添加冷凝管的方式加速降温。本文将通过热传导计算，来获得混凝土温度应力的变化规律。

1.2.2   大体积混凝土温度计算

将大体积混凝土进行理想处理化，设置其为一个六面体，则各个面则为dx、dy、dz，假设在时间内，由于水泥遇水发生热化反应，产生热量为Q。若在一定的时间内升高的温度是一定的，则混合物体积释放的热量可表示为：

（2）

式中：c表示混合物的比热容；ρ 表示综合物体平均密度；τ表示单位时间。

假设混凝土处于绝热状态，那么混凝土水热化后，其产生的热量的升温速度可表示为：

（3）

式中：θ表示水热化后升高的绝热温度；W表示每立方米中的水泥使用量；q表示水热化数量。

在物体空间内，当温度随着时间进行变化时，对其求解需要确定初始条件以及边界条件。当时间为0时，温度场与原有六面体的坐标关系如下：

T（x，y，z）=T0（x，y，z）             （4）

假設已知混凝土表面温度与时间的关系，混凝土部件在高层建筑时处于空气中，不考虑特殊情况，则混凝土散失的热量与大气的环境温度之差成正比。混凝土与空气等气体接触产生热传导现象时，靠近物体表面的边界层温度下降极快[3]。

1.3   大体积混凝土表面保温保湿措施

完成混凝土精确配比以及温度计算后，即可设计混凝土保温保湿措施。

1.3.1   降低水泥水化热

在施工过程中，为了有效降低水泥水化热，可采用特殊性质的水泥。在满足施工条件下，要尽可能减少水泥用量，以降低水泥的搅拌过程带来的热量。同时可选择粗骨料进行配置，并在配比中加入缓凝剂，以降低水化热。

1.3.2   降低混凝土入模前温度

降低混凝土入模前温度，在夏季施工过程中可以起到明显效果。若未在入模前进行降温，可能导致混凝土混凝土强度降低，加快水化反应，最终影响模后质量。

解决混凝土入模前温度高的问题，可采用以下几点策略：在混凝土入模之前，对其的用料进行测试，确定骨料的含水量，保证水灰比的准确性。保持混凝土拌合水处于低温状态，可采取添加冰块等方式，来防止水温在水泥搅拌之后、入模之前产生大量热量。混凝土拌制完成后，可放置一段时间待其冷却后再进行浇筑。环境温度会影响混凝土的强度，在施工时间段的选择上，要优先选择环境温度和混凝土温度较为接近的时间段。

1.3.3   科学养护

当大体量混凝土的主体部分浇筑完成后，需要对其表面进行养护，避免出现开裂或者内部延伸裂纹等现象。如果出现因为伸缩应力而造成的变形开裂，需要对混凝土做二次养护，以此增加混凝土的强度。如果工期允许，可以适当延长保温膜的覆盖时间，延长养护时间。可以采用二次模压的方法，来减少伸缩变形[4]。

1.4   大体积混凝土施工裂缝防治技术

在混凝土的溫度分析中，常采用建模分析。模型中参数变化，虽然与真实数据存在一定的差别，但模型分析有助于对施工参数进行选取。对混凝土中的散热进行分析，按照该模型的预测分析，对实际施工进行指导，有利于防治混凝土裂缝。本文采用有限元模型，对大体积的混凝土内部温度进行模拟，通过参数的合理选择，以有限元软件模拟温度变化。

本文以草袋和塑料膜结合的方法，对混凝土的表面温度进行防护，并且通过计算机模型，分析大体积混凝土的表面保温保湿的效果。该方法不仅能够提高混凝土的外部温度，减小内外温差，也能够减小因温差导致的混凝土裂缝。但塑料膜的运用需要花费一定时间，需要对整体的施工周期进行综合考量。

大体积混凝土底板施工中，裂缝控制是重中之重。施工所在地的环境、混凝土供应量且运输耗时等，都会影响混凝土性能，因此对于实测温度的数据分析，不仅仅要考虑施工控制过程是否可行，还要根据试验结果不断调整施工方案[5]。

2   实验论证

2.1   实验设计

在本次的高层建筑工程大体积混凝土裂缝防治技术的验证实验中，为了验证技术的有效性，本文选择对某实际案例应用本文的裂缝防治技术，将其与原有的传统防治技术进行成本对比。为了使本文的对比实验的表述具有一定的简明性，设置本文所设计的方法为实验组，传统方法为对照组。

在具体实验环境中，为了验证防治技术的成本优势性，本文在实验中对喷射混凝土、砂浆锚杆、钢筋网、型钢、钢板以及纵向连接筋几项工程进行工程量的检验，并对各工程所用成本进行整合，最后在整体成本消耗中，进行技术优势比较。

2.2   前期准备

为使本文所设计的防治技术能够得到有效验证，对所组织的劳动力进行统计，如表1所示。同时对工程材料与设备进行统计，如表2所示。

大体积混凝土施工前，要做好前期准备。需对混凝土浇筑流程工序进行统一设定，确保其满足施工的工程标准。整个实验过程中，要确保施工人员的人身安全，并在施工中尽量做到节约能源。

2.3   实验结果

施工成本分析对比如表3所示。由表3的成本消耗对比结果中可以看出，本文所设计的裂缝防治技术，在各项混凝土项目施工中，均对降低成本有一定作用。但在砂浆锚杆以及钢板项目施工中，因增加了混凝土养护环节，导致施工费用较高。

在总体成本花费中，实验组的成本金额为903万元，对照组的成本金额为1001万元，实验组比对照组减少98万元的施工花费，体现出本文设计的裂缝防治技术，在降低施工成本方面具有一定作用。

3   结束语

常规建筑工程中大体积混凝土施工裂缝防治技术中，未对大体积混凝土施工前的温度进行计算分析，导致实际施工中容易出现较大偏差，混凝土裂缝状况严重，增加工程成本。基于此，笔者设计了一种大体积混凝土施工裂缝防治技术。

将本文设计的大体积混凝土施工裂缝防治技术应用于实际过程中，并对其进行实验研究。试验结果显示：实验中实验组的成本金额为903万元，对照组的成本金额为1001万元，实验组比对照组减少98万元的施工成本。由此说明，所设计的裂缝防治技术，能够有效降低施工成本。

综上所述，应用本文设计的大体积混凝土施工裂缝防治技术，减小了大体积混凝土的裂缝可能性，提高了施工工效，减少了材料的投入，降低了施工成本。

参考文献

[1] 宁军红.建筑工程施工中混凝土裂缝及防治措施[J]. 城市建设理论研究（电子版），2023（20）：132-134.

[2] 马雪.水泥混凝土路面裂缝病害原因分析及防治对策[J].四川水泥，2023（7）：234-236.

[3] 郝六儿.钢筋混凝土桥梁施工过程中裂缝成因及防治技术[J].科学技术创新，2023（16）：121-124.

[4] 杨亦秋.房屋建筑工程混凝土结构开裂的原因及防治[J].中国住宅设施，2023（5）：118-120.

[5] 党洲涛.房屋建筑工程混凝土裂缝成因及控制对策[J]. 住宅与房地产，2023（11）：77-79.