高性能與自密實(shí)混凝土技術(shù)在琴臺大劇院中的應(yīng)用

羅 靖 賈 霞

(1.武漢建工股份有限公司,武漢 430023;2.中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司,武漢 430071)

1 工程背景

古琴臺位于武漢三鎮(zhèn)的交匯地段,依山傍水,自然環(huán)境得天獨(dú)厚,最能體現(xiàn)山水城市相得益彰的意境,同時(shí)她也是具有悠久歷史的文化古跡,“高山流水覓知音”的動(dòng)人傳說千古流芳,楚文化特色十分濃郁.

武漢琴臺文化藝術(shù)中心一期工程—琴臺大劇院是國家重點(diǎn)項(xiàng)目,坐落于漢陽月湖北岸、長江廣場以西、梅子山以東,處于風(fēng)景秀麗的月湖和漢江之間.琴臺大劇院作為琴臺文化藝術(shù)中心核心組成部分,將成為武漢最高檔次的文化藝術(shù)表演場所,也是2007年第8屆中國文化藝術(shù)節(jié)主會(huì)場.

該工程是由一個(gè)1800座大劇院、一個(gè)400座多功能廳、多個(gè)排練廳、汽車庫、公共服務(wù)空間、交通輔助用房等組成,總建筑面積65 650 m2,建筑總高度40.300m.本工程地下1層(主臺倉4層,深21m),地上6層.結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),內(nèi)含懸臂預(yù)應(yīng)力大梁、26m長大跨度預(yù)應(yīng)力梁以及大型鋼結(jié)構(gòu).

工程高性能混凝土用量達(dá)65600 m3,主要由辦公區(qū)、舞臺區(qū)、觀眾區(qū)、休息區(qū)4大塊組成,設(shè)計(jì)有一道永久性伸縮縫及8道后澆帶,最大一塊面積達(dá)4500m2,同時(shí)在舞臺區(qū)及休息區(qū)設(shè)有勁性鋼骨柱29根,其內(nèi)混凝土采用了自密實(shí)細(xì)石混凝土.超長、超大面積及大體積混凝土是本工程結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn),其裂縫控制、混凝土的耐久性能成為了工程施工的重點(diǎn)與難點(diǎn).

2 高性能混凝土的應(yīng)用

本工程混凝土最大輸送距離達(dá)280m,最大輸送高度為40m,為滿足泵送混凝土和大劇院復(fù)雜特殊造型的施工要求,大量采用了高性能混凝土施工技術(shù)[1].針對本工程的需要,配制高性能混凝土?xí)r,為了優(yōu)選原材料和配合比[2],工程應(yīng)用“雙摻”技術(shù),除提高混凝土的可泵性外,還有意識地預(yù)先通過試驗(yàn)確定低收縮率的混凝土配合比,同時(shí)減少水泥用量,降低混凝土的水化熱和改善其收縮性能.

2.1 原材料的選擇

選用優(yōu)質(zhì)的原材料,如底板施工中采用連續(xù)級配骨料,增大混凝土的密實(shí)度.嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)和入泵坍落度,隨不同施工階段的設(shè)計(jì)要求與天氣變化情況跟蹤調(diào)整配合比,詳見表1.

表1 原材料選用表

2.2 雙摻技術(shù)的應(yīng)用

在工程施工中,地下室底板使用KFDN-SP8外加劑,看臺樓層等混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)具體情況,選用FDN-9000高效緩凝減水劑、FE-C2外加劑等,這些高效外加劑具有高減水率和良好的保塑性能[3].摻外加劑混凝土與基準(zhǔn)混凝土的減水效應(yīng)比較如圖1所示.

圖1 減水效應(yīng)對比分析圖

根據(jù)本工程的具體情況,分別選用武漢發(fā)電廠、湖北科能環(huán)保公司等的I級或Ⅱ級粉煤灰,采用粉煤灰這種活性的水硬性材料代替部分水泥,補(bǔ)充泵送混凝土中的細(xì)骨料,提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性和流動(dòng)性,并改善其可泵性和降低水化熱,從而提高混凝土的后期強(qiáng)度.

2.3 配合比的選擇

混凝土的配合比決定了混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性、和易性、坍落度、水泥用量、水化熱大小、初凝和終凝時(shí)間以及混凝土收縮率等性能指標(biāo).根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求、氣候條件,摻入粉煤灰的影響以及施工現(xiàn)場的生產(chǎn)管理狀況,采用不同技術(shù)指標(biāo),由實(shí)驗(yàn)室試配確定.

地下室底板施工階段.根據(jù)現(xiàn)場條件,對底板混凝土提出以下指標(biāo):坍落度12～14cm;初凝時(shí)間6～8 h;摻加高效減水劑,超量摻加I級粉煤灰,減少水泥用量,降低水化熱;通過試驗(yàn)選定收縮率較小的配合比.

為了確?；炷辆哂懈咝阅?工程提前對混凝土配合比進(jìn)行了大量反復(fù)多次的試驗(yàn),取得十幾組試配數(shù)據(jù),測試了不同配合比混凝土的收縮率及收縮與齡期的關(guān)系,并采用鋼環(huán)試驗(yàn)方法測試混凝土的長期收縮情況.測定混凝土收縮率后,有意識地模擬澆筑一塊混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn),測試其溫度變化和收縮率,確定了表2的配合比,其收縮率為0.12‰,且在14d后基本上不再收縮.實(shí)踐證明,本配合比是成功的,用I級粉煤灰代替部分水泥,大大減少了水泥用量和降低了水化熱,在確定了收縮率較小的配比后,據(jù)此收縮率確定底板分塊的最大長度為45 m,相鄰塊之間混凝土澆筑的時(shí)間間隔為14d.

表2 底板C35S8高性能混凝土配合比

在看臺樓層混凝土中,選擇了不同的水泥和多種外加劑進(jìn)行配合比試驗(yàn)研究,對外加劑的適應(yīng)性進(jìn)行對比試驗(yàn),得出針對不同階段和不同施工部位的優(yōu)化配合比.看臺采用FE-C2外加劑摻量為1.6%,Ⅱ級粉煤灰摻量為22%,既滿足了混凝土的強(qiáng)度要求,又具有良好的可泵性和經(jīng)濟(jì)性.樓層采用FDN-9000高效緩凝減水劑和湖北科能環(huán)保公司的Ⅱ級粉煤灰得出的配合比即,水泥∶混合材∶砂∶石∶水∶外加劑=l∶0.23∶2.17∶3.20∶0.53∶0.016,水泥、砂、石、水 、粉煤灰 、外加劑用量分別為 332、722、1063、176、77、5.28kg/m3,水膠比0.4,含砂率40.4%,坍落度145mm,質(zhì)量密度 2370 kg/m3,初凝時(shí)間5～8h,終凝時(shí)間8～10h.

2.4 合理增加施工縫數(shù)量以改善約束條件

在超大面積現(xiàn)澆底板、看臺和樓層中,通過合理增加施工縫數(shù)量,降低了約束應(yīng)力,減少了混凝土收縮,取得良好的效果.

在地下室底板混凝土中,為了有效控制混凝土底板的收縮變形,施工前經(jīng)計(jì)算和研究,決定調(diào)整底板分塊,將大塊底板劃分成小塊進(jìn)行施工,中間增加6條施工縫,把整個(gè)底板劃分成16小塊,每塊長度基本控制在30m內(nèi),底板后澆帶按設(shè)計(jì)要求采用橡膠止水片,施工縫和側(cè)墻后澆帶及外墻水平施工縫采用鋼板止水片.后澆帶、施工縫采用新型永久性模板-快易收口網(wǎng).后澆帶待其兩側(cè)混凝土齡期達(dá)2個(gè)月后再施工,采用比設(shè)計(jì)高一等級的微膨脹混凝土澆筑.底板混凝土的澆注采用跳倉法進(jìn)行,相鄰兩塊底板混凝土澆注時(shí)間間隔為14d,實(shí)踐證明效果很好.

本工程形體龐大,看臺樓層面積巨大,環(huán)狀結(jié)構(gòu)超長,為防止混凝土貫通裂縫的產(chǎn)生,并有效控制表面裂縫的開展,施工過程中在不影響結(jié)構(gòu)整體性的前提下,兼顧施工方便,沿看臺和樓層環(huán)向增設(shè)了兩道施工縫,縫處增設(shè)構(gòu)造配筋,合理劃分施工流水段,使施工縫有效削減了混凝土結(jié)構(gòu)的約束應(yīng)力,減少了蓄熱量與水化熱的過度積累,避免了有害裂縫的產(chǎn)生.

3 自密實(shí)細(xì)石混凝土的應(yīng)用

本工程在舞臺區(qū)及休息區(qū)設(shè)置了29根頸性鋼骨柱以支撐上部的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系,因勁性柱內(nèi)鋼骨、鋼筋密集,混凝土很難按正常工序進(jìn)行振搗,為此,采用了自密實(shí)混凝土施工技術(shù)[4]對勁性柱進(jìn)行施工.

3.1 自密實(shí)混凝土的特點(diǎn)

自密實(shí)混凝土是在較低水灰比條件下,通過使用復(fù)合高效減水劑等外加劑和礦物細(xì)摻料配制的比一般流態(tài)混凝土的流動(dòng)性更好,具備更良好的抗分離性、填充性、優(yōu)良的穿越稠密鋼筋間隙性能的新型材料.該混凝土拌合物在較低的水膠比下不經(jīng)振搗僅靠自重就能填充到復(fù)雜模型的各個(gè)角落,使其具有均勻自密實(shí)成型性能.自密實(shí)混凝土消除了澆筑混凝土?xí)r的振搗噪聲,提高了施工速度與質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了混凝土澆筑時(shí)的省力化,為改善和解決過密配筋、薄壁、復(fù)雜形體等振搗困難的工程施工條件帶來了極大的方便,對加快施工進(jìn)度、保證工程質(zhì)量具有重要的意義.

3.2 自密實(shí)混凝土工作原理

自密實(shí)高性能混凝土是在較低的水膠比下不經(jīng)振搗僅靠自重就能填充到復(fù)雜模型的各個(gè)角落,具有均勻自密實(shí)成型的性能,又保證了混凝土硬化后具有優(yōu)良的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐久性能.

3.3 自密實(shí)混凝土配合比的優(yōu)化

優(yōu)選原材料,降低膠結(jié)料用量,在保證自密實(shí)混凝土工作性同時(shí),盡量降低砂率,并優(yōu)化集料級配;在混凝土拌合物中加入礦物細(xì)摻料,由于礦物細(xì)摻料顆粒較細(xì),比表面積較大,增加了漿體的保水能力和觸變性,提高拌合物的抗分離能力;合理選用或配制復(fù)合高效減水劑;合理采用增粘劑以提高混凝土拌合物抵抗分離的能力.

3.4 原材料的選擇及配合比的優(yōu)化

在原材料的選用方面,水泥采用亞東水泥廠的42.5普通硅酸鹽水泥;礦物細(xì)摻料采用湖北科能環(huán)保公司的Ⅱ級粉煤灰.砂采用的巴河河砂,細(xì)度模數(shù)為2.5.石子采用了黃石陽新碎石,5～20mm連續(xù)級配.外加劑采用以FDN萘系高效減水劑為主的復(fù)合外加劑以及多羧酸系減水劑.水采用普通自來水.工程所用自密實(shí)混凝土配合比見表3所示.

表3 自密實(shí)混凝土配合比(單位:kg?m-3)

實(shí)際施工表明所配制的自密實(shí)混凝土具有良好的工作性,塌落度為253mm,塌落擴(kuò)展度為600mm;在L型儀流動(dòng)性試驗(yàn)中,流過800 mm長所用時(shí)間為34s,最終流平長度為990mm.因此,其流動(dòng)性完全符合自密實(shí)混凝土的工作性要求,具體狀況見圖2.

圖2 自密實(shí)混凝土工作性試驗(yàn)

4 結(jié) 語

由于工程的復(fù)雜性,超長、超大面積及大體積混凝土是本工程結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn),其裂縫控制、混凝土的耐久性能成為了本工程施工的重點(diǎn)與難點(diǎn).為此,針對工程中所選用的材料情況,通過試驗(yàn)研究,制定出了能較好滿足工程實(shí)際所需的高性能與自密實(shí)混凝土配合方案與施工方法,為工程質(zhì)量的確保提供了技術(shù)上的支持.

通過采用以上技術(shù)保證了工程的高速施工進(jìn)度,優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的施工質(zhì)量,同時(shí),也保證了周邊環(huán)境,減少了污染,為文明施工起到了決定性的作用.

[1]GBJ146-90.粉煤灰混凝土應(yīng)用規(guī)范[S].

[2]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[3]鄭娟榮,覃維祖.高性能混凝土各組成材料的選擇及實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑技術(shù),2003(1):23-25.

[4]CECS28:90.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].