高層建筑底板大體積混凝土施工技術(shù)

朱仁義/ZHU Renyi

(中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北 武漢 430000)

城市建設(shè)的快速發(fā)展，為降低土地資源的占用，高層建筑的建設(shè)逐漸增加，該類建筑具有樓層高度高、地基需求高等特點，并且用于建筑上層支撐的底板基礎(chǔ)尺寸越來越大，因此需采用大體積混凝土澆筑方式完成施工。大體積混凝土具有顯著的結(jié)構(gòu)厚實、混凝土澆筑方量大等特點，在施工過程中，會形成較大的水泥熱化現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度變形，形成裂縫。以此，如何控制大體積混凝土施工過程中熱化現(xiàn)象，避免施工后混凝土發(fā)生裂縫，是其施工過程中的重點關(guān)注問題。

本文為降低大體積混凝土施工過程中熱化現(xiàn)象，控制施工時混凝土的溫度，以某高層建筑為例，研究高層建筑底板大體積混凝土施工技術(shù)。

1 工程概況

為研究高層建筑底板大體積混凝土施工技術(shù)，以某地區(qū)的高層建筑為例，該建筑包含地上和地下兩部分，分別為33 層和2 層，整體高度為171m，總建筑面積85 669.44m2，地板基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)。該建筑基坑核心深度達到20.3m。底板混凝土的澆筑厚度設(shè)計標準為4m，其澆筑面積達到6 022m2，其主要采用一次性澆筑，澆筑的混凝土等級為C40，其抗?jié)B等級為P10，澆筑總量達到30 445m3，屬于典型的大體積混凝土施工。

該工程對于底板混凝土的整體性、抗?jié)B性、抗裂性要求較高，同時基礎(chǔ)埋深較深，并且底板位于地下的粉質(zhì)黏土層中，底板在樁約束作用下，導(dǎo)致其地下連續(xù)墻的自由收縮能力降低，大體積超厚混凝土澆筑后，極易受到溫差的影響發(fā)生開裂，對于結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性造成直接影響。因此，該工程在施工過程中，如何控制澆筑溫度尤為重要。

2 混凝土原材料選擇以及配合比設(shè)計

2.1 原材料

結(jié)合該工程的相關(guān)規(guī)定標準以及工程的實際情況，其使用的相關(guān)原材料詳情如下。

1）水泥 該工程使用的水泥為普通硅酸鹽水泥，其等級為42.5，水泥進入現(xiàn)場時，已經(jīng)對其進行過質(zhì)量檢驗，均滿足工程標準。

2）粉煤灰 為降低大體積混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的水熱化反應(yīng)，提升混凝土的泌水率，采用粉煤灰進行水泥用量替代，選擇添加30%的粉煤灰，且等級為II 級，其燒失量小于8%。

3）粗骨料 采用的粗骨料為石灰石碎石，其級配范圍在5～25mm 之間，其碎石含泥量為0.3%，泥塊含量為0%，針片狀含量為2.95%，壓碎指標為9.5%。

4）細骨料 細骨料選擇中砂，其細度模數(shù)為2.6，含泥量為1.8%，含石率低于8%，內(nèi)照射指數(shù)和外照射指數(shù)均低于1%。

5）外加劑 外加劑選擇微膨脹劑，以此控制混凝土的初凝和終凝之間。

2.2 配合比設(shè)計

采用上述原材料進行混凝土制備，在制備時需確定其配合比，結(jié)合實際工程情況，確保砂率并不大于0.45，同時需保證混凝土的坍落度和強度結(jié)果滿足工程的設(shè)計標準。經(jīng)過研究后確定大體積混凝土配合比為：水泥∶粗集料∶細集料∶粉煤灰∶外加劑∶水=325∶1145∶625∶115∶40∶170（kg/m3），水膠比0.4。

以GB/T50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標準》的要求為基礎(chǔ)，按照上述配合比進行拌合物制備，并測定其坍落度性能指標；同時依據(jù)該拌合物制備標準試件，進行標準養(yǎng)護，用于后續(xù)試驗分析。

3 大體積混凝土施工及性能分析

3.1 施工設(shè)備

結(jié)合施工環(huán)境情況選擇大體積混凝土施工設(shè)備，確定使用SY5128THB-9018C-6D 混凝土車載泵，A125 輸送泵管和12m 布料機。

3.2 施工詳情

在進行該工程的大體積混凝土澆筑施工時，共指定5 處澆筑位置，其中第一處放置4 臺混凝土車載泵，同時進行混凝土澆筑，并且澆筑時采用分層澆筑的方式完成；并且在施工過程中4 臺混凝土車載泵分別位于指定位置上進行混凝土澆筑；在電梯井處放置3 臺混凝土車載泵、井坑內(nèi)1 臺，完成電梯井附近的混凝土澆筑，也向同一個方向推進。

大體積混凝土在澆筑過程中，為保證已經(jīng)澆筑的混凝土面層在規(guī)定的初凝時間內(nèi)，被分層新澆筑的混凝土覆蓋，降低冷裂縫的產(chǎn)生，混凝土車載泵在進行混凝土澆筑時，需自然形成坡度；并且混凝土澆筑帶的附近安裝振動器，分別位于混凝土卸料點位置和坡角處。當混凝土澆筑至設(shè)計標高后，需進行收頭處理，使用刮尺對表面的砂漿進行處理，并對其進行碾壓、打磨和壓實，以此避免表面產(chǎn)生龜裂。

大體積混凝土在澆筑過程中，澆筑體積較大，因此導(dǎo)致其散熱效率較低，容易形成混凝土內(nèi)部高溫，導(dǎo)致混凝土澆筑后形成裂縫。因此，在施工過程中，在壁板混凝土內(nèi)布設(shè)降溫導(dǎo)熱管，其布置情況如圖1 所示。

圖1 布設(shè)降溫導(dǎo)熱管布設(shè)情況

降溫導(dǎo)熱管在布設(shè)時，為實現(xiàn)混凝土的高效散熱，降低水熱化反應(yīng)，管徑為50mm，并且采用水平布置方式，其間隔為1m，共有2 個進水口和2 個出水口，以此，提升大體積混凝的散熱效率。當大體積混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差在25℃內(nèi)時，則停止導(dǎo)熱管散熱；并在混凝土結(jié)構(gòu)和環(huán)境溫度差小于25℃時，拆除模板并進行保溫處理。

3.3 大體積混凝土溫度計算

大體積混凝土在澆筑過程中，混凝土的溫度是影響其施工效果的主要原因，因此，需有效掌握混凝土拌合物的溫度T0情況，其計算公式為

其中，M表示混凝土重量；C表示混凝土比熱；Ti表示混凝土組成材料溫度。

如果混凝土澆筑溫度用T1表示，其計算公式為

其中，Ta表示環(huán)境平均溫度；a表示溫度損失系數(shù)；t表示混凝土運輸時間；T表示混凝土出機溫度；n表示混凝土拌合物轉(zhuǎn)運次數(shù)。

大體積混凝土澆筑過程中，會發(fā)生水泥水化熱反應(yīng)，因此，依據(jù)GB50496-2018《大體積混凝土施工標準》，計算混凝土的絕熱溫升結(jié)果T（t），其計算公式為

其中，混凝土齡期為t時，發(fā)生的絕熱溫升用T（t）表示；W表示單立方米混凝土中，膠凝材料的用量；ρ表示重力密度；m表示關(guān)聯(lián)系數(shù)。

大體積混凝土中心溫度計算公式為

其中，Tj表示混凝土澆筑時的溫度；ξ（t）表示降溫系數(shù)。

3.4 混凝土性能計算

混凝土抗拉強度為

其中，ftk（t）表示混凝土在t時的抗拉強度標準值；γ表示系數(shù)。

混凝土抗裂性能計算如下。

其中，ηz和ηs均表示拉應(yīng)力，前者對應(yīng)混凝土內(nèi)部溫差形成，后者對應(yīng)綜合溫差形成；K表示防裂安全系數(shù)；λ表示抗拉強度影響系數(shù)。

3.5 結(jié)果分析

3.5.1 混凝土拌合物坍落度分析

測試混凝比拌合物在不同時間下的坍落度，依據(jù)測試結(jié)果可知：在不同的時間下，混凝土拌合物的坍落度結(jié)果和相關(guān)標準結(jié)果吻合程度較高，均在允許的數(shù)值范圍內(nèi)，其最大坍落度為200mm，最小坍落度為161mm，滿足混凝土的性能標準。

3.5.2 大體積混凝土的強度分析

獲取大體積混凝土澆筑完成后，在不同養(yǎng)護時間內(nèi)，混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度變化結(jié)果，并將試驗結(jié)果與設(shè)計標準結(jié)果進行對比（表1）。

表1 混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度變化結(jié)果

依據(jù)表3 測試結(jié)果可知：大體積混凝土澆筑施工后，在28d 時，混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度分別為38.7MPa 和4.66MPa，高于規(guī)定標準。因此，大體積混凝土澆筑效果較好，能夠有效保證混凝土施工后的使用性能。

4 結(jié)論

為降低大體積混凝土施工過程中的水熱化反應(yīng)，避免混凝土發(fā)生裂縫，本文研究高層建筑底板大體積混凝土施工技術(shù)，該技術(shù)主要針對大體積混凝土施工過程中的溫度進行控制，提升混凝土的散熱效率，以此降低混凝土各區(qū)域和各層溫差。通過該施工方式進行施工后，大體積混凝土的溫度可被有效控制，以此保證大體積混凝土施工后的使用性能，避免發(fā)生開裂情況。