大體積混凝土施工技術(shù)研究

馮 濤 肖風(fēng)光 張林飛 李 強(qiáng) 楊大偉

（中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710016）

從混凝土結(jié)構(gòu)在施工中存在的病害發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是施工中混凝土內(nèi)外溫度差過(guò)大，或是混凝土受到周邊結(jié)構(gòu)體系的約束，都會(huì)在竣工后出現(xiàn)變形、裂縫等方面的病害。此種病害會(huì)縮短工程結(jié)構(gòu)的使用年限，嚴(yán)重情況下甚至?xí)霈F(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等方面的問(wèn)題。因此，下文將以某工程為實(shí)例，設(shè)計(jì)優(yōu)化的施工方案。

1 工程概況

此次研究以某地區(qū)綜合樓群為例，所選的施工對(duì)象屬于高層現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，共包括地下2層與地上28層，建筑總高度約為107m?；A(chǔ)底板結(jié)構(gòu)尺寸為38m×38m×1.75m，設(shè)計(jì)的混凝土材料強(qiáng)度等級(jí)為C40，結(jié)構(gòu)抗?jié)B等級(jí)為P8，預(yù)設(shè)單次澆筑施工量為2315m3。澆筑的底板結(jié)構(gòu)上存在配筋，配筋主要為五層雙向鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)，除中間層，上下兩層分別為Φ22@125，設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)的配筋率為0.45%。

在對(duì)此項(xiàng)目深入研究中發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目具有體積大、強(qiáng)度高、施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、鋼筋密度高等特點(diǎn)，為確保施工成果符合設(shè)計(jì)需求，此次施工采用連續(xù)澆搗的方式實(shí)施，通過(guò)此種方式降低或避免澆筑工程出現(xiàn)施工縫。此外，在施工中，為避免結(jié)構(gòu)受到外界環(huán)境或自身?xiàng)l件等因素的影響，需要做好結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的控制，只有落實(shí)與此方面相關(guān)的工作，才能確保施工成果在符合耐久性與強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，滿足施工方對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度需求。

2 大體積混凝土施工技術(shù)

2.1 混凝土拌制

針對(duì)大體積混凝土建筑，在澆筑前需要先拌制混凝土澆筑材料?；谏鲜龉こ谈艣r，選用強(qiáng)度等級(jí)為C40的混凝土材料，其抗?jié)B等級(jí)為P8。拌制過(guò)程中需要用到的材料包括水泥、骨料、砂、緩凝劑等材料[1]。其中，對(duì)于水泥的選擇，選用P·O42.5規(guī)格的水泥材料，其中水泥用量約為350kg/m3。對(duì)于材料當(dāng)中骨料的選擇，分粗骨料和細(xì)骨料兩種，前者選用碎石材料，后者選用中砂材料[2]。為確保澆筑效果，要求碎石材料含泥量不得超過(guò)1%，中砂含泥量不得超過(guò)3%。對(duì)于混凝土澆筑材料當(dāng)中的砂率應(yīng)當(dāng)控制在40%～50%之間，對(duì)于混凝土水灰比的控制應(yīng)當(dāng)要求在0.38～0.40范圍內(nèi)。為了確保上述建筑項(xiàng)目施工后混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，將其坍落度的幅度控制在150mm～160mm范圍內(nèi)。同時(shí)，在入泵之前，要求混凝土結(jié)構(gòu)的坍落度損失不得超過(guò)25mm/h[3]。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在混凝土澆筑材料當(dāng)中可以適當(dāng)添加緩凝劑，利用其實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)初凝時(shí)間的控制，根據(jù)混凝土初凝時(shí)間在6h～8h范圍內(nèi)的要求，添加適量緩凝劑[4]。選用密度為1.586g/cm3、可溶于水、顏色為白色的緩凝劑，在拌制前需要將緩凝劑放置在陰涼干燥處存儲(chǔ)。通過(guò)緩凝劑的加入能夠有效延遲混凝土結(jié)構(gòu)初凝時(shí)間，并以此達(dá)到降低其水化反應(yīng)熱速度的作用。為了防止在后續(xù)澆筑和其他工序施工中出現(xiàn)冷裂縫產(chǎn)生，混凝土的供應(yīng)量應(yīng)當(dāng)控制在1.1hLb/t以上[5]。對(duì)于上述大體積混凝土建筑結(jié)構(gòu)而言，其基礎(chǔ)底板位置上混凝土的澆筑長(zhǎng)度不得超過(guò)50.2m，寬度不得超過(guò)30.2m，厚度不得超過(guò)0.62m。在按照上述內(nèi)容完成對(duì)混凝土澆筑材料的拌制后，需要進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，針對(duì)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)的澆筑材料分批次進(jìn)行試驗(yàn)，確保每一批次的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均符合規(guī)定要求，同時(shí)在這一過(guò)程中對(duì)澆筑部位的相關(guān)信息進(jìn)行復(fù)核，為后續(xù)澆筑效果提供保障。

2.2 混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)

在拌制完成混凝土澆筑材料后，開(kāi)始澆筑施工，基于上述工程項(xiàng)目的施工要求，采用分層分段澆筑方式，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 混凝土分層分段澆筑基本結(jié)構(gòu)示意圖

在澆筑過(guò)程中，為確保施工質(zhì)量，不得隨意在澆筑結(jié)構(gòu)上留施工縫，同時(shí)還需要符合下述施工要求：

第一，對(duì)于混凝土澆筑的厚度應(yīng)當(dāng)結(jié)合所使用的振搗裝置深度以及混凝土和易性進(jìn)行判斷[6]。當(dāng)采用泵送的方式澆筑混凝土澆筑材料時(shí)，則其澆筑厚度不應(yīng)超過(guò)500mm；當(dāng)采用非泵送的方式澆筑混凝土澆筑材料時(shí)，則混凝土的澆筑厚度不應(yīng)超過(guò)300mm。

第二，在采用上述分層分段澆筑方式時(shí)，其各個(gè)層級(jí)之間的間隔時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡量短些，在前一層初凝之前確保后一層澆筑完畢。

除此之外，施工中還會(huì)產(chǎn)生水平施工縫，針對(duì)這一結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)按照下述論述內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)置：在澆筑前需要清除表面浮漿以及軟弱的混凝土層上石子，并確保露出的粗骨料分布均勻；在上一層混凝土澆筑前，需要采用壓力水沖洗的方式，將其表面雜質(zhì)清除，并提高澆筑表面的濕潤(rùn)度，但不得存在積水現(xiàn)象[7]。

在完成對(duì)大體積混凝土的澆筑后，還需要結(jié)合溫控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其保溫養(yǎng)護(hù)處理[8]。在養(yǎng)護(hù)處理過(guò)程中，保溫養(yǎng)護(hù)覆蓋材料的厚度計(jì)算式見(jiàn)式（1）。

式中δ-保溫養(yǎng)護(hù)覆蓋材料的厚度；

H-混凝土結(jié)構(gòu)本身厚度；

λ1-保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)；

Tb-混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度；

Tq-完成澆筑施工后5d時(shí)間的平均溫度數(shù)值；

λ-混凝土材料的導(dǎo)熱系數(shù)；

Tmax-混凝土結(jié)構(gòu)中心位置的最高溫度。

按照上述計(jì)算公式，確定保溫養(yǎng)護(hù)所需覆蓋材料的厚度，嚴(yán)格按照計(jì)算結(jié)果進(jìn)行實(shí)際保溫養(yǎng)護(hù)。同時(shí)，為了避免其他原因造成裂縫的產(chǎn)生，嚴(yán)禁使用強(qiáng)制的降溫手段。在完成澆筑和養(yǎng)護(hù)后，針對(duì)標(biāo)高在土層以下的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行回填土施工，針對(duì)土層以上的結(jié)構(gòu)需要及時(shí)覆蓋，澆筑結(jié)構(gòu)在施工完畢前不得超時(shí)間暴露在風(fēng)吹日曬的環(huán)境當(dāng)中，以此完成整個(gè)施工過(guò)程。

3 實(shí)例分析

根據(jù)工程施工現(xiàn)場(chǎng)需求，選用C40強(qiáng)度等級(jí)的混凝土進(jìn)行澆筑施工。施工前，先進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)，結(jié)合澆筑施工要求，選用P.O42.5的常規(guī)硅酸鹽水泥作為原材料，在材料中摻入緩凝減水劑（LFS）、粉煤灰與膨脹試劑（UEA），用于優(yōu)化混凝土材料的綜合性能。設(shè)計(jì)配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

為避免在施工中出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂方面的問(wèn)題，在中間部位設(shè)置雙層溫度筋，通過(guò)此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體構(gòu)造配筋率的有效提升，從而發(fā)揮混凝土中不同試劑的更高效能，達(dá)到優(yōu)化構(gòu)造抗裂性目標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其應(yīng)力分散的處理。

完成上述準(zhǔn)備工作后，為檢驗(yàn)施工方案是否能在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期，在澆筑時(shí)需進(jìn)行混凝土溫度的監(jiān)測(cè)，通過(guò)此種方式感知澆筑過(guò)程中溫度應(yīng)力的分布情況。利用輔助電子儀器進(jìn)行測(cè)溫，將此儀器與監(jiān)測(cè)主機(jī)設(shè)備之間建立通信連接，測(cè)溫時(shí)，操作儀器點(diǎn)擊電源開(kāi)啟按鈕，將插頭插入主機(jī)插座中，此時(shí)顯示屏幕上便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)展示。監(jiān)測(cè)過(guò)程中應(yīng)明確所選的測(cè)點(diǎn)在澆筑結(jié)構(gòu)中具有代表性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求，溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如圖2所示。

圖2 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

圖2中J1～J8為平面上的8個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)混凝土內(nèi)外溫度差的感知，還應(yīng)在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的深度，如圖3所示。

圖3 溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)深度設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)文件要求，澆筑施工過(guò)程中，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部表層之間的溫度差應(yīng)不超過(guò)25℃，混凝土結(jié)構(gòu)面層與大氣環(huán)境之間的溫度差應(yīng)不超過(guò)20℃，只有滿足此要求，才能避免澆筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。按照此標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行混凝土澆筑過(guò)程中溫度的監(jiān)測(cè)，整理監(jiān)測(cè)過(guò)程中的反饋數(shù)值，見(jiàn)表2。

表2 混凝土施工過(guò)程中的溫度反饋值

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，測(cè)點(diǎn)溫度均符合標(biāo)準(zhǔn)，證明設(shè)計(jì)的施工方法滿足施工質(zhì)量要求。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土材料是建筑工程施工中的主要材料之一，為實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土材料結(jié)構(gòu)性能的全面優(yōu)化，施工方設(shè)計(jì)了多種混凝土外加劑，但相關(guān)工作的實(shí)施并未能實(shí)現(xiàn)在施工中取得預(yù)期的效果。因此本文開(kāi)展此次研究，此次設(shè)計(jì)的施工方法在經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)后證實(shí)了具有較好的效果，可以實(shí)現(xiàn)在施工中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)溫度的有效控制，通過(guò)此種方式降低混凝土結(jié)構(gòu)裂縫等病害的發(fā)生概率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)工程質(zhì)量的優(yōu)化。