超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)整體澆筑施工技術(shù)

周解慧

(北京鐵路局 工程管理所，北京 100860)

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)作為大體積混凝土，具有體積大、工程條件復(fù)雜等特點(diǎn)，混凝土受溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力的雙重作用容易產(chǎn)生開裂，施工技術(shù)和質(zhì)量要求較高。因此，超長(zhǎng)混凝土除應(yīng)滿足強(qiáng)度、工作性和體積穩(wěn)定性等以外，同時(shí)，還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性等要求，減小和控制混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力變形，是避免混凝土產(chǎn)生裂縫的技術(shù)關(guān)鍵，也是超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的難點(diǎn)。超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土澆筑的通常做法是設(shè)置混凝土后澆帶，但是，設(shè)置后澆帶，在工程水位高，水量大的條件下難度較大，既影響工期又有可能留下滲水的隱患。本文以客運(yùn)專線北京調(diào)度所大樓為例，分析了不同水泥品種、摻合料的水化熱及發(fā)展速率，通過優(yōu)化“雙摻”混凝土的配合比、完善施工工藝，添加CSA抗裂劑和聚丙烯纖維等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了取消“后澆帶”的超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)整體澆筑。

1 工程概況

新建客運(yùn)專線北京調(diào)度所大樓結(jié)構(gòu)形式為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，頂層為鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取50年，耐久性按100年考慮。地下室側(cè)墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻自防水，防水等級(jí)一級(jí)，混凝土抗?jié)B等級(jí)S10，外包柔性防水材料?；A(chǔ)底板平面尺寸長(zhǎng)×寬為118.8 m×78.1 m;地上結(jié)構(gòu)長(zhǎng) ×寬為110.0 m×71.5 m;筏板厚度為1.2 m，局部厚度達(dá)2.5 m或2.8 m;設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，抗?jié)B等級(jí) S8。梁高2 500 mm，寬2 200 mm;框架柱、剪力墻為 C40混凝土，外墻混凝土厚800 mm，混凝土等級(jí)C40。樓板采用C30，頂板澆筑面積很大，地下室墻體混凝土厚度達(dá)800 mm，均為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土的澆筑施工。場(chǎng)地地下水為潛水，埋深9.6～10.6 m，在干濕交替環(huán)境下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱侵蝕性。

根據(jù)規(guī)范要求，本超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的混凝土施工應(yīng)每隔30～50 m設(shè)一條“后澆帶”，考慮降低墻體開裂、基礎(chǔ)底板滲水風(fēng)險(xiǎn)、縮短施工工期的目的，采用超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土一次連續(xù)澆筑成型的施工方案。

2 原材料選擇

2.1 水泥

水泥的質(zhì)量在很大程度上決定了混凝土的主要性能。根據(jù)對(duì)北京及周邊地區(qū)生產(chǎn)規(guī)模較大水泥廠家的水泥試驗(yàn)和分析比較，目的是選擇水化熱低、需水量小、含堿量低、放射性合格、質(zhì)量穩(wěn)定而生產(chǎn)、供應(yīng)能力強(qiáng)的P.O42.5級(jí)水泥產(chǎn)品。對(duì)五家水泥廠的產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)比較，結(jié)果如表1。

水化熱試驗(yàn)采用兩種水泥進(jìn)行，即琉璃河長(zhǎng)城P.O42.5水泥和太行前景 P.O42.5水泥，摻合料有 I級(jí)粉煤灰、Ⅱ級(jí)粉煤灰、SA和I型復(fù)合摻合料。見表2。

試驗(yàn)結(jié)果表明，各種摻合料摻量以≥50%取代水泥時(shí)，3 d、7 d的水化熱均有不同程度的降低，其中粉煤灰最好。

根據(jù)表1和表2研究結(jié)果，確定選用水化熱較低的北京琉璃河P.O42.5水泥，同時(shí)控制水泥中發(fā)熱量最快、最大的堿含量不超過7%。

采用全部指標(biāo)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB175—2007)的普通硅酸鹽水泥。要求水泥的比表面積＜350 m2/kg;水泥的堿含量＜0.6%;水泥的3 d水化熱 ＜270 kJ/kg，7 d水化熱 ＜300 kJ/kg。

表1 各品牌P.042.5水泥性能

表2 各品牌P.042.5水泥水化熱

2.2 骨料

粗骨料采用粒徑為5～25 mm連續(xù)級(jí)配且含泥量＜1%的低堿活性機(jī)碎石(石灰?guī)r)，細(xì)骨料為含泥量＜3%的中砂(或者人工砂)，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》(JGJ52—2006)。

2.3 粉煤灰

摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰，在滿足混凝土和易性、力學(xué)性能和耐久性能的條件下，盡量使水泥用量降至最低值，最大限度降低混凝土水化熱和發(fā)展速率。

對(duì)粉煤灰檢驗(yàn)執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—2005)。要求細(xì)度(0.045 mm方孔篩篩余)不大于12%，需水量比不大于95%，氧化鈣含量不大于2.5%且體積安定性合格。

2.4 外加劑

外加劑采用北京方興外加劑廠生產(chǎn)的JF-9緩凝型高效減水劑，摻量2.0% ～2.5%。經(jīng)過多次試驗(yàn)，JF-9緩凝型高效減水性能穩(wěn)定，坍落度保持較好，與北京常用的水泥、粉煤灰匹配有較好的適應(yīng)性。外加劑檢驗(yàn)執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50119—2003)中一等品的技術(shù)要求。

2.5 礦粉

選用質(zhì)量穩(wěn)定的S95礦粉。對(duì)礦粉檢驗(yàn)執(zhí)行現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046—2008)。

2.6 纖維

采用聚丙烯纖維提高混凝土的早期抗裂性，聚丙烯纖維長(zhǎng)度19 mm。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CESC38—2004)。

2.7 膨脹劑

選用CSA型混凝土膨脹劑，一方面補(bǔ)償混凝土收縮，減少混凝土收縮裂縫，另一方面改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土密實(shí)度。各項(xiàng)指標(biāo)符合《混凝土膨脹劑》(JC476—2001)規(guī)定的要求。

3 主要部位混凝土配合比(見表3、表4和表5)

為了降低混凝土內(nèi)部溫升，抑制水泥水化速度，在滿足混凝土強(qiáng)度、耐久性的前提下，采用較低的水泥用量，同時(shí)摻入一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，“分解”水化熱，同時(shí)改善混凝土和易性。使用緩凝型的外加劑，調(diào)整混凝土凝結(jié)時(shí)間，保證混凝土的整體澆筑，同時(shí)延長(zhǎng)混凝土內(nèi)部散熱過程，避免溫度和應(yīng)力的集中釋放裂縫。底板、外墻、頂板混凝土單方堿含量分別為1.70、1.98和1.91 kg，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 底板C40 S8混凝土配合比kg/m3

表4 外墻C40 S10混凝土配合比 kg/m3

表5 頂板C30混凝土配合比 kg/m3

4 大體積混凝土施工

本工程基礎(chǔ)約為25 000 m3，體積較大，必須采取有效的措施控制混凝土的水化熱，避免產(chǎn)生溫度裂縫。除了摻加適量的粉煤灰，采取混凝土緩凝和覆蓋養(yǎng)護(hù)措施外，控制入模溫度十分重要。本工程施工時(shí)間段是2009年2月至3月，所以入模溫度的控制應(yīng)分兩個(gè)季節(jié)考慮。

4.1 冬期施工

基礎(chǔ)底板和外墻混凝土大部分處于冬期施工，少部分為常溫施工。冬期施工期間，混凝土的入模溫度應(yīng)控制在5℃ ～10℃。應(yīng)控制好熱水的溫度。

4.2 非冬期施工

混凝土入模溫度控制一直沒有得到足夠的重視，特別是高溫季節(jié)，混凝土入模溫度經(jīng)常失控，有的甚至達(dá)到35℃以上，對(duì)混凝土的水化熱控制非常不利。控制混凝土的入模溫度不是簡(jiǎn)單的加冰水問題。實(shí)踐證明，加冰水后，混凝土的入模溫度僅僅降低了1℃ ～2℃，控制混凝土的入模溫度必須從原材料抓起，水泥溫度控制，建議水泥溫度不得超過60℃;骨料溫度，建議選擇砂、石料有大棚的攪拌站。

4.3 大體積混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑方法必須合理，避免混凝土出現(xiàn)冷縫，從而產(chǎn)生滲水通路。

本工程的混凝土澆筑方法是沿縱向采用連續(xù)澆筑方法，混凝土自然流淌形成一個(gè)斜坡。這種方法能較好地適應(yīng)泵送工藝，避免泵管的經(jīng)常拆除沖洗和接長(zhǎng)，提高泵送效率，保證及時(shí)接縫，避免冷縫的出現(xiàn)。在澆筑混凝土?xí)r，在每個(gè)澆筑帶的前后布置兩道振動(dòng)器，第一道布置在混凝土的卸料點(diǎn)，主要解決上部的振實(shí)，第二道布置在混凝土坡角處，確保下部混凝土的密實(shí)。為防止混凝土集中堆積，先振搗出料口處混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振搗，并嚴(yán)格控制振搗時(shí)間、振搗棒的移動(dòng)間距和插入深度。

4.4 混凝土澆筑

1)混凝土的澆筑應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土坍落度，入?；炷撂涠炔灰顺^200 mm。

2)在澆筑CSA混凝土前，模板及鋼筋間的所有雜物必須清理干凈。

3)混凝土的澆筑要連續(xù)，按施工組織設(shè)計(jì)方案和混凝土施工規(guī)范進(jìn)行，并避免混凝土出現(xiàn)冷縫。

4)CSA混凝土振搗必須密實(shí)，不能漏振、欠振、也不可過振。振搗時(shí)間宜為10～30 s，以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準(zhǔn)。振搗時(shí)，快插慢拔，振點(diǎn)布置要均勻。在施工縫、預(yù)埋件處，加強(qiáng)振搗。

5)混凝土接茬時(shí)間不宜超過6 h。

4.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)是保證質(zhì)量的最重要的措施之一，一定要派專人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作。本工程處于季節(jié)變換時(shí)期，應(yīng)密切注意天氣預(yù)報(bào)，根據(jù)氣溫情況采用相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施。

1)底板混凝土。北京地區(qū)3月15日前為冬期施工的法定時(shí)間，除了由于氣候干燥引起混凝土表面失水過快的現(xiàn)象外，尚有可能存在混凝土表面早期受凍問題。本工程底板混凝土的澆筑在2月15日左右。因此，本工程底板混凝土不具備二次抹壓條件，可以不進(jìn)行二次抹壓工藝。在此情況下，混凝土澆筑完畢后，必須立即覆蓋一層塑料薄膜，以防止混凝土表面出現(xiàn)裂縫(主要是塑性沉降裂縫、和表面快速失水干縮裂縫)，混凝土終凝后，覆蓋1～2層養(yǎng)護(hù)草墊進(jìn)行蓄熱養(yǎng)護(hù)，確保混凝土內(nèi)外溫差不超過25℃。在全部澆搗完畢后，采用蓄水養(yǎng)護(hù)方式養(yǎng)護(hù)。

2)墻體混凝土。墻體混凝土澆筑時(shí)，氣溫已經(jīng)提升，混凝土受凍的可能性極小。墻體混凝土為立面結(jié)構(gòu)，水分無法集聚，灑水后會(huì)很快風(fēng)干，另外，本工程墻體混凝土厚度達(dá)800 mm，加上強(qiáng)度等級(jí)高，造成混凝土具有大體積混凝土的性質(zhì)，需要控制墻體混凝土的水化熱，因此，墻體混凝土的養(yǎng)護(hù)遵循下述原則:拆模時(shí)間不得少于3 d;采用鋼模板，降低混凝土水化熱的峰值;對(duì)于已經(jīng)澆筑完畢的混凝土，混凝土終凝后，沿混凝土水平施工縫上部澆水養(yǎng)護(hù)，并提前松動(dòng)支撐模板的螺栓，便于水分通過縫隙進(jìn)入混凝土的表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù);拆模后，立即涂刷混凝土養(yǎng)護(hù)劑，邊拆模邊涂刷。

3)梁板混凝土。對(duì)梁板混凝土的養(yǎng)護(hù)，根據(jù)氣候情況采取兩項(xiàng)措施:澆筑混凝土期間，風(fēng)力很小時(shí)采用混凝土表面二次抹壓+灑水的方式養(yǎng)護(hù);風(fēng)力較大時(shí)采用覆蓋塑料薄膜+灑水的方式養(yǎng)護(hù)。

4.6 混凝土質(zhì)量檢測(cè)與控制

每班檢測(cè)砂的含水率和混凝土的坍落度不少于2次。每班檢查原材料的稱量不少于2次。按GB50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》留置抗壓強(qiáng)度試塊及檢驗(yàn)評(píng)定。

5 結(jié)語

本工程施工完畢后經(jīng)檢驗(yàn)，混凝土裂縫均控制在規(guī)定范圍內(nèi)，因?yàn)槿∠鬂矌?，工期提?個(gè)多月，節(jié)約施工成本約200萬元。地下室模板拆除后，進(jìn)行裂縫檢測(cè)，目測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)任何裂縫，經(jīng)過回彈檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

［1］高峰，王連國(guó)，鹿煥海.金塘大橋預(yù)制墩身大體積混凝土裂縫開展與控制研究［J］.鐵道建筑，2008(11):21-23.

［2］齊有章.大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制探討［J］.鐵道建筑，2006(3):97-98.

［3］宋翻身.地下室底板大體積混凝土施工質(zhì)量控制［J］.鐵道建筑，2008(3):102-103.