摘要:在當(dāng)前工業(yè)與民用建筑中,工程規(guī)模越來越大,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜。高層建筑箱型基礎(chǔ)都具有較大的鋼筋混凝土底板,還經(jīng)常會出現(xiàn)較大的深梁等。因此,大體積混凝土在施工中常會出現(xiàn),為避免大體積混凝土澆筑過程中產(chǎn)生有害結(jié)構(gòu)裂縫,在原材料選用與配合比設(shè)計(jì),混凝土內(nèi)部溫度檢測與表面養(yǎng)護(hù)等方面采取了有效措施。
關(guān)鍵詞:大體積 混凝土 施工 技術(shù)措施
1 工程概況
某工程項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)塔樓基礎(chǔ)底板厚度為4.5m(電梯井處厚6m),長、寬均為25.8m?;炷翉?qiáng)度等級為C40,抗?jié)B等級為S8。一次性澆筑混凝土方量為2800m3,為超厚大體積混凝土。在這樣大體積砼的澆注施工中,對施工準(zhǔn)備、組織設(shè)計(jì)和現(xiàn)場控制有著較高的要求,為防止因控溫措施不當(dāng)而使砼的內(nèi)外溫差或降溫梯度過大,導(dǎo)致砼內(nèi)部發(fā)生溫度裂縫,使主體結(jié)構(gòu)的底(頂)板的自身防水性能大大降低,采取有效的施工方法,控制砼的溫差,確保砼的內(nèi)在質(zhì)量。
2 施工難點(diǎn)
①結(jié)構(gòu)底板厚度為4.5m,最厚處6m,一次性澆筑方量2800m3。②施工期間大氣溫度高,平均氣溫在30℃以上。③該地建筑市場沒有礦渣水泥。④該地區(qū)沒有中砂,只有細(xì)沙。⑤加冰降低混凝土入模溫度,采用循環(huán)水降低溫度峰值。
3 施工措施
根據(jù)大體積混凝土的特性,為了避免產(chǎn)生有害裂紋,我公司從澆筑前準(zhǔn)備、澆筑前裂縫控制計(jì)算、澆筑過程控制和澆筑后養(yǎng)護(hù)四方面著手考慮。
3.1 澆筑前的準(zhǔn)備工作。①選定在生產(chǎn)能力、技術(shù)力量、服務(wù)質(zhì)量等方面全面衡量的重慶市慶陽混凝土攪拌公司,由該公司統(tǒng)一進(jìn)行材料的采購工作,由監(jiān)理、業(yè)主和施工三方對采購的材料進(jìn)行抽樣檢查。②摻加JY-1高效減水劑,以減小水泥用量,改善和易性,推遲水化熱的峰期值。加入ZY膨脹劑,使混凝土得到補(bǔ)償收縮。③由混凝土攪拌站試驗(yàn)室確定配合比及外加劑用量,并報甲方、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工單位五方進(jìn)行綜合討論其合理性。在水泥品種上,因本地區(qū)無礦渣水泥,只能采用普通硅酸鹽(P.O42.5),并加入適量的摻加粉煤灰和礦渣粉取代部分水泥,減小水泥用量,改善混凝土的塑性和可泵性;在粗骨料的選用卵石保證骨料連續(xù)積配,使混凝土具有較好的和易性和較高的抗壓強(qiáng)度。細(xì)骨料選用機(jī)制砂(細(xì)度模數(shù)3.5 )和細(xì)砂(細(xì)度模數(shù)1.2)混合砂。嚴(yán)格控制砂、石的含泥量,石子的含泥量控制在小于1%,砂的含泥量控制在小于2%。④我方要求混凝土入泵塌落度嚴(yán)格控制在180±20mm,控制水泥的進(jìn)場時間(提前兩天),控制水泥溫度;對機(jī)制砂、石子進(jìn)行噴淋,降低砂、石溫度;在攪拌時采用冰水?dāng)嚢?;運(yùn)輸中對罐車進(jìn)行隔熱措施和澆筑時對輸送泵管覆蓋隔熱,要求混凝土入模溫度不得高于30℃,保證混凝土質(zhì)量。⑤為了防止混凝土出現(xiàn)表面裂縫,經(jīng)與甲方、設(shè)計(jì)協(xié)商,在30cm面層中配置φ12單層雙向鋼筋。⑥混凝土設(shè)計(jì)配合比(見下表):
3.2 混凝土澆筑前裂縫控制計(jì)算
①混凝土導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算
λ=■(pcλc+psλs+pgλg+pwλw)
=1/100(12.61×2.218+54.05×2.908+25.23×3.082
+8.11×0.6)
=2.678w/mk
②混凝土比熱計(jì)算
C=■(pcλc+psλs+pgλg+pwλw)
=1/100(12.61×0.536+54.05×0.708+25.23×0.745
+8.11×4.178)
=0.978KJ/kg.k
③熱擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算
a=■=2.678/0.978×2370=1.16×106m2/s
其中:查表得石子最大粒徑20mm,混凝土的密度ρ=2370
④本工程采用加冰代替部分拌和水,以降低混凝土澆筑入模溫度和最高溫度。澆筑混凝土期間沒有雨情,測定砂含水率為5%,石含水率為1%。Tc=45℃ Tw=31℃ Ts=40℃ Tg=36℃
如在施工過程中天氣炎熱,使砂、石溫度升高,可采用加大加冰以保證混凝土入模溫度低于30℃。
To=■
=■
=28.1℃
4 大體積混凝土施工方案
4.1 產(chǎn)生裂紋的機(jī)理。①水泥水化熱:由于大體積混凝土截面厚度大,水泥水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失,使內(nèi)部溫度升高,混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時,就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗溫度應(yīng)力時,便開始產(chǎn)生溫度裂縫。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在內(nèi)外溫差超過25°時,就必須采取措施對溫度進(jìn)行控制。②約束條件:澆注大體積鋼筋混凝土,當(dāng)早期溫度上升時,產(chǎn)生的膨脹變形受到其下部地基或下層已澆注混凝土的約束而形成壓應(yīng)力。由于混凝土的彈性模量小,變形和應(yīng)力松弛大,混凝土與地基連接不牢固,因而壓應(yīng)力較小。當(dāng)混凝土溫度下降時,產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,若拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度,混凝土就會出現(xiàn)垂直裂紋。
4.2 大體積混凝土施工措施。為控制底板混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部因水化熱引起的絕熱溫升,防止因混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂紋,采取以下措施:
4.2.1 罐車運(yùn)送混凝土從出攪拌機(jī)開始要求1h內(nèi)必須運(yùn)至施工現(xiàn)場,如混凝土已初凝,責(zé)令退場,現(xiàn)場嚴(yán)禁加水使用,每臺地泵邊必須有兩臺罐車等待澆筑。
4.2.2 筏板基礎(chǔ)采用平面分層和斜面分層結(jié)合的施工方法,可以減少泵管拆除。為防止混凝土表面開裂,我方要求底板全部摻加杜拉纖維,但由于業(yè)主只同意底板上下1m范圍內(nèi)要求摻加杜拉纖維,中間2m范圍不加。這樣,整個底板分成4層澆筑,每層厚度1m,每層內(nèi)部再按斜面分層,每層厚度為50cm?;炷翝仓捎玫雇耸綕仓殖?條澆筑帶,每個澆筑帶寬度為8.6m,同時從同一方向進(jìn)行澆筑。
4.2.3 使用50插入式振搗棒要慢插快拔,插點(diǎn)呈梅花型布置,按順序進(jìn)行,不得遺漏。移動間距不得大于45cm(振搗棒作用半徑的1.25倍)。振搗上一層時插入下一層混凝土5cm以消除兩層間的接縫。振搗時間以混凝土表面出現(xiàn)浮漿及不出現(xiàn)氣泡、下沉為宜。當(dāng)混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象時將水趕至低洼處,用大功率抽水泵及時的抽出混凝土產(chǎn)生的泌水和基坑內(nèi)的雨水。
4.2.4 對已澆筑的混凝土,采取每隔半小時,進(jìn)行一次二次振搗,以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平筋下部生成的水分和空隙,提高混凝土與鋼筋之間的握裹力,增強(qiáng)密實(shí)度,提高抗裂性。澆筑成型后按設(shè)計(jì)標(biāo)高用刮尺刮平,在初凝前用木抹子抹平、壓實(shí),以閉合收水裂縫。
4.2.5 降低砼的入模溫度。主要從以下幾個方面著手:①要求砼供應(yīng)商做到以下幾點(diǎn):a避免太陽直曬拌制砼用的粗細(xì)骨料和水泥等,必要時采用沖冷水的辦法使砂石料降溫;b使用經(jīng)過降溫的冷水拌制砼;c用冷水沖洗砼輸送罐車,使之冷確降溫等等。②利用苫布等遮蓋即將澆筑砼的作業(yè)區(qū),這樣做既可以防雨,又可以使綁扎好的鋼筋和支立好的模板降溫。③混凝土采用分層連續(xù)灌注,控制混凝土的入模溫度:為使混凝土的水化熱能盡快散失,澆注混凝土?xí)r分幾個薄層進(jìn)行,連續(xù)灌注,一次成型,分層厚度約30cm,分層間隔灌注時間不超過試驗(yàn)所確定的混凝土初凝時間,盡量減小新老混凝土的溫差,提高新混凝土的抗裂強(qiáng)度,防止老混凝土對新混凝土過大的約束而產(chǎn)生斷面通縫。
4.2.6 控制砼內(nèi)部降溫梯度。為降低混凝土內(nèi)部水化熱溫度,在底板內(nèi)設(shè)φ40mm的循環(huán)冷卻水管,并在底板砼的不同部位和不同深度設(shè)置測溫元件,定時量測砼的內(nèi)部溫度,根據(jù)溫度梯度的變化情況,定時、定量地向預(yù)埋的鋼管中壓注循環(huán)冷卻水。
通水冷卻可削減早期水化溫升的20~25%,尤其是本工程底板下部因存在砼墊層和防水層從而導(dǎo)熱不暢,通水冷卻能夠快速有效地使內(nèi)部降溫而使后期溫降收縮減小,減少開裂可能性。本工程底板布置雙層冷卻水管。水管直徑φ40mm,管中心間距60cm,底層水管距底板底面及上層距板頂均為30cm,水平間距150cm。為提高降溫效率,水管采用S型布置。水管上下兩層各自形成回路,即每層進(jìn)、出水方向水管間隔布置。測溫點(diǎn)在平面上布置在中部和邊角處,在高度上分別布置在中、表層。測點(diǎn)采用預(yù)埋溫度傳感器,底板測溫點(diǎn)布置見下圖所示。
通過冷卻水的熱交換,降低混凝土結(jié)構(gòu)的中心溫度。冷卻管所在的混凝土層,自混凝土澆筑時起,冷卻管內(nèi)須立即通入冷水,連續(xù)10~15d。通水過程中,每2h對管道流量、進(jìn)出水溫度及混凝土溫度進(jìn)行一次測量記錄,確保砼中心和砼表面溫差控制在25℃以內(nèi),并把每晝夜的降溫速度控制在2℃以內(nèi)。
使用溫度測定儀測定混凝土內(nèi)外溫度,每2h測溫一次,5d后每4h測溫一次。對循環(huán)水管進(jìn)出口水的溫度和測溫點(diǎn)的溫度測量,在混凝土灌注后的頭3d里,每2h測量和記錄一次。混凝土循環(huán)通水冷卻的時間及觀測記錄延續(xù)時間不少于10d。
冷卻水管在連續(xù)通水10~15d后停止循環(huán)供水,用高壓風(fēng)將管內(nèi)殘余水吹出,并吹干冷卻,最后向水管內(nèi)壓注C30水泥漿封孔。
4.2.7 保持砼澆筑完成后的溫度。砼灌注完畢并初凝后,立即用3層麻袋和2層塑料薄膜覆蓋,對砼進(jìn)行保濕蓄熱養(yǎng)護(hù),減少砼表面熱擴(kuò)散,使砼內(nèi)外溫差不致過大,避免產(chǎn)生表面裂紋。保濕養(yǎng)護(hù)可以防止混凝土表面脫水產(chǎn)生裂紋,并可使水泥水化作用順利進(jìn)行,提高砼的極限抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。
4.2.8 其他措施。砼的折模時間考慮氣溫環(huán)境的影響、砼中心和表面的溫差,以及砼表面溫度與環(huán)境氣溫之間的關(guān)系,避免因折模而使砼表面的溫度聚降而導(dǎo)致砼內(nèi)外降溫梯度太大。澆筑砼時確保振搗密實(shí),使砼的粗細(xì)骨料分布均勻,提高砼的內(nèi)在質(zhì)量,使砼收縮系數(shù)一致,提高砼自身的搞裂能力。振搗采用梅花形播點(diǎn)法,間距為500mm,并不得漏振。振搗時快插慢拔,使砼上下振搗均勻,表面無明顯下沉且無氣泡冒出現(xiàn)象。每點(diǎn)振搗時間20-30S使砼表面泛出灰漿,在分層的接觸面處,振動棒插入下層5cm左右以消除兩層間的接縫。大體積泵送砼表面水泥漿較厚,對砼表面采用二次抹面,澆筑后4-6小時左右,初步按標(biāo)高用長刮尺刮平,在初凝前再用鐵滾筒壓碾數(shù)遍打磨壓實(shí),以閉合砼表面的收水裂縫。
5 施工總結(jié)
①粗細(xì)骨料的良好級配將改善混凝土的和易性,提高混凝土的密實(shí)度。采用雙摻技術(shù),一方面代替部分水泥,降低水化熱,一方面改善混凝土的和易性。②基礎(chǔ)的內(nèi)外溫差值控制在20℃,在一定的技術(shù)措施配合下,達(dá)到了這一指標(biāo),混凝土未產(chǎn)生有害裂縫。③基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋冷卻水管,通水冷卻過程中混凝土降溫速率為2~3℃/d。經(jīng)抗裂理論驗(yàn)算,施工中的降溫和收縮不會引起混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫。④筏板混凝土澆筑后未發(fā)現(xiàn)有害裂縫,取得甲方、監(jiān)理、設(shè)計(jì)一致好評,已由市質(zhì)檢站驗(yàn)收通過。