天府機(jī)場(chǎng)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)跳倉(cāng)法補(bǔ)償收縮混凝土的應(yīng)用研究

關(guān)素敏 郭楊 藍(lán)堂偉 李清

【摘要】研究表明：在超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中，混凝土施工需進(jìn)行分倉(cāng)澆筑，且相鄰倉(cāng)位之間混凝土澆筑間隔不少于7天。膨脹劑的摻入降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，而在配筋條件下，混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)。膨脹劑的摻入彌補(bǔ)了混凝土部分收縮，并且配筋也能限制混凝土的收縮。實(shí)體澆筑后，應(yīng)力值檢測(cè)小于3 MPa，符合裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】超長(zhǎng)結(jié)構(gòu);跳倉(cāng)法;補(bǔ)償收縮混凝土

【中圖分類號(hào)】 TU755【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和建筑技術(shù)的發(fā)展，航站樓、會(huì)展中心、體育場(chǎng)館等大型公共建筑越來(lái)越多，建筑規(guī)模也越來(lái)越大，因建筑美觀和使用需求，建筑師希望建筑少設(shè)縫或不設(shè)縫，導(dǎo)致超長(zhǎng)混凝土越來(lái)越多[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在公共建筑中，超長(zhǎng)建筑占90%以上。如武漢天河機(jī)場(chǎng) T3航站樓主樓772 m x 245 m， 中國(guó)博覽會(huì)展綜合體單片300 mx324 m。

混凝土的質(zhì)量對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，其中裂縫控制是混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵?；炷灵_裂是導(dǎo)致混凝土劣化加速甚至失效的重要因素[2]?；炷林械牧芽p不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全，并且在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)，在外界荷載作用下裂縫存在擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。因此裂縫的存在可能會(huì)影響到整個(gè)建筑物的耐久性和安全性[3]。此外，裂縫導(dǎo)致了混凝土存在滲透風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境中可溶性物質(zhì)易通過(guò)裂縫滲人到混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋鈍化膜受到破壞而產(chǎn)生銹蝕[4]。因此如何解決在超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中混凝土中的裂縫是目前關(guān)注的焦點(diǎn)。

傳統(tǒng)大型航站樓混凝土常采用后澆帶法，來(lái)控制結(jié)構(gòu)裂縫。但是后澆帶法缺點(diǎn)在于，雖然后澆帶法能有效控制裂縫，但是其施工工期較長(zhǎng)，澆筑時(shí)容易導(dǎo)致混凝土存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題[5]。針對(duì)后澆帶法的不足，在大型航站樓混凝土施工過(guò)程中出現(xiàn)了"跳倉(cāng)法"。采用"跳倉(cāng)法"無(wú)縫施工技術(shù)能有效克服"后澆帶法"施工所帶來(lái)的問(wèn)題，能在保證施工質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速施工[6]。目前，跳倉(cāng)法的施工技術(shù)還比較粗糙，沒(méi)有形成成套技術(shù)體系，并且也沒(méi)有出臺(tái)相關(guān)的國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。跳倉(cāng)法通常主要應(yīng)用在地下室等結(jié)構(gòu)中，北京市出臺(tái)了針對(duì)地下結(jié)構(gòu)的地方標(biāo)準(zhǔn) DB11/T1200-2015《超長(zhǎng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)跳倉(cāng)法技術(shù)規(guī)程》。

針對(duì)目前跳倉(cāng)法在大型航站超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較少的情況下，本項(xiàng)目分別進(jìn)行了補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)的相關(guān)研究，以及補(bǔ)償收縮混凝土在天府機(jī)場(chǎng)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)"跳倉(cāng)法"施工技術(shù)研究，為大型航站樓超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償收縮混凝土的推廣應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

1工程概況

成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng) T1、T2航站樓平面均采用"T"字型布局，分為 D區(qū)大廳及 A區(qū)，B區(qū)，C區(qū)3條指廊，其間由伸縮縫兼防震縫分開。本項(xiàng)目主要以 D區(qū)大廳為例，其中 D區(qū)大廳平面尺寸為522 mx107 m（最窄處）～324 m，屬于典型的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示。

2跳倉(cāng)法施工

本項(xiàng)目采用王鐵夢(mèng)提出的"跳倉(cāng)法"的思路。通過(guò)將整體建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分倉(cāng)澆筑，如圖2所示。不相鄰的分倉(cāng)可以同時(shí)開始施工，減少了澆筑時(shí)間，控制混凝土的收縮。相鄰倉(cāng)區(qū)的澆筑時(shí)間差至少控制在7天以上，分倉(cāng)的大小設(shè)計(jì)在40 m范圍內(nèi)，避免混凝土早期收縮導(dǎo)致的裂縫風(fēng)險(xiǎn)。

3原材料

3.1水泥

水泥前期的水化放熱是導(dǎo)致混凝土早期升溫的最主要原因，通過(guò)選擇合適的水泥品種，用于控制混凝土內(nèi)部溫度，以減小混凝土收縮。因此本項(xiàng)目選用水化熱較低的 P·042.5普通硅酸鹽水泥，其3天水化熱不大于240 kJ/kg，7天水化熱不大于270 kJ/kg，水泥中鋁酸三鈣（C3 A）含量小于8%，能有效控制水化放熱。

3.2粉煤灰

粉煤灰可以減少混凝土中水泥用量，降低早期放熱，并且提高混凝土工作性與耐久性。本項(xiàng)目選用的粉煤灰為風(fēng)選 I粉煤灰，需水量比為95%，有效降低了混凝土的需水量，提高混凝土工作性能。

3.3膨脹劑

本項(xiàng)目采用鎂質(zhì)膨脹劑，鎂質(zhì)膨脹劑是一種新型膨脹劑，其主要成分為 Mg0。鎂質(zhì)膨脹劑的反應(yīng)原理是：Mg0水化生成 Mg（0H）2晶體，并在局部區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育，使硬化漿體產(chǎn)生膨脹;其中膨脹來(lái)自 Mg（0H）2晶體吸水膨脹力和結(jié)晶生長(zhǎng)壓力;早期膨脹的主要驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于吸水膨脹力，后期則主要來(lái)自于結(jié)晶的生長(zhǎng)壓力，體積可增加0.94-1.24倍。

3.4外加劑

外加劑可以降低混凝土水灰比，減少水化放熱量，提高混凝土密實(shí)性與耐久性。本項(xiàng)目針對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土性能指標(biāo)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，采用高性能專用外加劑。

3.5砂石

本項(xiàng)目主要采用優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂石作為原材料。其中粗骨料選用5-31.5 mm碎石，碎石級(jí)配合理，壓碎值小，硬度高，含泥量低。機(jī)制砂選用二區(qū)中砂，級(jí)配合理，含泥量低。

4補(bǔ)償收縮混凝土

4.1配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則是在保證抗壓強(qiáng)度滿足要求的條件下，盡量減小水泥用量與用水量2個(gè)方面，以減小混凝土的溫度收縮與干燥收縮，提高耐久性，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、當(dāng)?shù)卦牧闲阅?、施工時(shí)外界環(huán)境條件，確定施工所需的混凝土工作性能，主要是混凝土的坍落度、擴(kuò)展度等方面。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)單位對(duì)高耐久補(bǔ)償收縮混凝土的要求說(shuō)明，本次使用60天抗壓強(qiáng)度作為驗(yàn)收依據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和施工圖總說(shuō)明對(duì)高耐久性補(bǔ)償收縮混凝土的要求，根據(jù)拌合物性能和強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整膠凝體系、摻合料摻量、用水量、減水劑摻量的試配過(guò)程，并通過(guò)大體積混凝土熱工計(jì)算，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)室試配情況，形成 C40混凝土初步配合比，如表1所示。

4.2抗壓強(qiáng)度性能

圖3為同條件養(yǎng)護(hù)下膨脹劑對(duì)未配筋與配筋混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。其中 M0為未摻膨脹劑的混凝土， M1為摻8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)膨脹劑的混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明，在未配筋條件下，膨脹劑的摻入降低了混凝土7天與28天抗壓強(qiáng)度，但是提高了60天抗壓強(qiáng)度。在配筋條件下，混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)，但是膨脹劑的摻入時(shí)，混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度明顯降低。雖然在配筋條件下，膨脹劑降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，但其7天抗壓強(qiáng)度達(dá)到52 MPa以上，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到64 MPa以上，60天抗壓強(qiáng)度達(dá)到69 MPa以上，符合混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.3收縮試驗(yàn)

圖4同條件膨脹劑對(duì)未配筋與配筋混凝土收縮性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明在未配筋條件下，膨脹劑的摻入降低了混凝土的應(yīng)變值。在配筋條件下，混凝土應(yīng)變值小于未配筋混凝土應(yīng)變值，同樣膨脹劑的摻入明顯降低了混凝土的應(yīng)變值。這是由于在配筋情況下，混凝土收縮收到鋼筋的限制。當(dāng)摻入膨脹劑后，膨脹劑的膨脹抵消了混凝土的部分收縮，因此混凝土應(yīng)變值降低。膨脹劑的摻入可以有效降低混凝土的收縮。

4.4縮尺試驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)按與實(shí)際工程1：2的縮尺比例在實(shí)體進(jìn)行混凝土澆筑，并通過(guò)預(yù)埋振弦式應(yīng)變計(jì)于試樣內(nèi)，測(cè)試混凝土的應(yīng)變情況。圖5為縮尺試驗(yàn)膨脹劑與配筋條件下混凝土收縮性能的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，普通混凝土的應(yīng)變值是先減小后增大。當(dāng)摻入膨脹劑時(shí)，雖然混凝土的應(yīng)變值變化趨勢(shì)與普通混凝土類似，但是其在不同齡期下，應(yīng)變值大幅度降低。膨脹劑可以改善混凝土的收縮情況。摻膨脹劑混凝土在配筋條件下的應(yīng)變值低于未配筋條件。因此得出結(jié)論，膨脹劑與配筋均可以改善混凝土的收縮情況。

5混凝土施工情況

5.1澆筑方法

混凝土澆筑過(guò)程中，底板與梁板混凝土的澆筑順序采取分倉(cāng)進(jìn)行，相鄰倉(cāng)的澆筑間隔時(shí)間不應(yīng)少于7天。混凝土的澆筑法包括分層布料、分層振搗、斜坡推進(jìn)法施工，即混凝土大斜坡推進(jìn)法施工，如圖6所示。澆筑過(guò)程中，澆筑范圍至少達(dá)到3 m以上，澆筑厚度為0.5 m，澆筑后需在澆筑部位的坡腳、中心以及表面設(shè)置3個(gè)振搗點(diǎn)以保證混凝土得到充分振搗;且每次振搗時(shí)間需要控制在10 s左右，如果表面存在泌水需要將泌水排除;在混凝土振搗完畢后，用方直刮杠根據(jù)設(shè)計(jì)控制高度對(duì)混凝土進(jìn)行首次刮平，并且去除表面多余的浮漿;在首次振搗的2～3 h 后再次進(jìn)行振搗，并且用刮杠再一次進(jìn)行刮平;在混凝土接近終凝時(shí)，最后用抹光機(jī)對(duì)混凝土進(jìn)行二次抹平。

5.2混凝土養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是保證混凝土的質(zhì)量的重要方法之一。本工程主要采用噴淋養(yǎng)護(hù)，并結(jié)合人工覆膜或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)?；炷猎缙陴B(yǎng)護(hù)尤為作用，本項(xiàng)目針對(duì)不同齡期、不同部位進(jìn)行不同養(yǎng)護(hù)方式。在3天齡期內(nèi)，1天至少養(yǎng)護(hù)12次，間隔時(shí)間建議為2 h;3天齡期后，可以1天養(yǎng)護(hù)4次，間隔時(shí)間建議為6 h，且至少養(yǎng)護(hù)14天。并且在3天齡期前，每夜應(yīng)進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)不少于2次。在針對(duì)有些結(jié)構(gòu)部分無(wú)法使用噴淋養(yǎng)護(hù)，至少要采用人工覆膜和灑水養(yǎng)護(hù)2種方式的1種進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)方式可參照噴淋養(yǎng)護(hù)。通過(guò)適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)保證了混凝土的質(zhì)量，并且灑水或噴淋養(yǎng)護(hù)可以保證膨脹劑在早期得出充分的反應(yīng)，減小混凝土的早期收縮。

5.3實(shí)體監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過(guò)前期縮尺試驗(yàn)已驗(yàn)證了膨脹劑與配筋能夠限制混凝土的收縮。為進(jìn)一步確保跳倉(cāng)法施工過(guò)程中，補(bǔ)償收縮混凝土的應(yīng)變值符合設(shè)計(jì)要求。因此在施工過(guò)程中，本項(xiàng)目選取了 D區(qū)中一段梁，并事先在梁內(nèi)部布置應(yīng)變計(jì)，監(jiān)測(cè)實(shí)體結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力變化情況。

試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示，通過(guò)對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)應(yīng)變值的檢測(cè)，其受到的應(yīng)力先增大后減小，最終達(dá)到恒值。通過(guò)峰值可以看出，實(shí)體結(jié)構(gòu)所受到應(yīng)力小于3 MPa，符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)實(shí)體檢測(cè)再次驗(yàn)證了前期試驗(yàn)結(jié)果，證明了在天府機(jī)場(chǎng)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中補(bǔ)償收縮混凝土的可行性與技術(shù)控制。

6結(jié)論

（1）跳倉(cāng)法分倉(cāng)相互獨(dú)立，不相鄰的分倉(cāng)可以同時(shí)施工;相鄰倉(cāng)位之間混凝土澆筑間隔不少于7天;分倉(cāng)的長(zhǎng)度及寬度控制在40 m 內(nèi)。

（2）膨脹劑的摻入降低了混凝土的抗壓強(qiáng)度，但配筋條件下，混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)。膨脹劑的摻入彌補(bǔ)了混凝土的部分收縮，并且配筋也減小混凝土的收縮。

（3）實(shí)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值先增大后減小，最大值小于3 MPa。

參考文獻(xiàn)

[1]楊勇，蘇權(quán).新白云機(jī)場(chǎng)南航站樓底板大體積混凝土裂縫控制[J].施工技術(shù)， 2003， 32（4）：2.

[2]賴航.超長(zhǎng)超大面積混凝土底板裂縫控制研究與應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)， 2015.

[3]夏建甫.建筑工程超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)后澆帶的施工技術(shù)[J].建材與裝飾， 2018（25）：1.

[4]豐世春，譚云飛.地下室超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)縫施工技術(shù)[J].建筑施工， 2021， 43（5）：3.

[5]李昂.大體積混凝土基礎(chǔ)底板跳倉(cāng)法施工研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué).

[6]龐程程，付敏，王剛，等.大型國(guó)際航站樓超長(zhǎng)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的跳倉(cāng)法施工技術(shù)[J].建筑施工， 2020， 42（7）：3.