大體積混凝土施工質(zhì)量控制

宋 煒

(山西建筑工程(集團)總公司建筑工程研究所，山西太原 030006)

某工程位于太原市小店區(qū)親賢街極為繁華的商業(yè)地段，東靠體育路，南臨親賢街，由6棟超高層住宅樓和1棟6層百貨商場組成。規(guī)劃總建筑面積為454 581.03 m2，地上部分建筑面積為349 894.23 m2;地下共2層(局部主樓部位3層)，地下建筑面積為104 686.80 m2。

本工程住宅樓結(jié)構(gòu)設(shè)計為超高層型鋼混凝土全落地剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓基礎(chǔ)為樁基承臺，承臺混凝土總量約75 000 m3，混凝土強度均為C45P8。1號樓承臺基礎(chǔ)厚度為3.1 m，方量約為1.8萬m3;2號，3號，5號，6號，7號樓承臺基礎(chǔ)厚度為2.6 m，方量均約為1.14萬 m3。由于本工程地下室東西長 210.50 m，南北長269.06 m，地下室單層面積近50 000 m2，設(shè)置了34條后澆帶，基礎(chǔ)底板頂面標高分別為-10.30 m和-10.60 m。本工程混凝土全部采用商品混凝土。

大體積混凝土的施工，除必須滿足國家和地方有關(guān)規(guī)范、標準的規(guī)定要求外，采取必要的預(yù)控措施防止大體積混凝土由于溫度變化和收縮產(chǎn)生裂縫是施工技術(shù)準備的關(guān)鍵。根據(jù)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機理，在抗裂驗算的基礎(chǔ)上通過控制原材料質(zhì)量、降低混凝土的溫差(入模溫度、水化熱溫升)、減小地基的約束以及控制降溫速率、充分利用混凝土的應(yīng)力松弛特性、延長養(yǎng)護期、表面布設(shè)溫度筋、加強施工過程控制等幾個方面綜合安排抗裂技術(shù)措施。

1 對原材料的要求

拌制混凝土的各種原材料除了必須滿足相關(guān)國家規(guī)范和太原市地標外，還應(yīng)符合以下規(guī)定:1)水泥:a.采用42.5級低水化熱礦渣水泥，水泥的7 d水化熱指標不高于275 kJ/kg，不得使用帶有R字樣的早強水泥。b.水泥的堿含量須滿足每立方米混凝土中水泥的總堿量不大于2.25 kg。2)粉煤灰:粉煤灰的級別不低于Ⅱ級，不得使用高鈣粉煤灰。3)粗骨料:宜采用5 mm～31.5 mm級配均勻的機碎石，含泥量不得大于1%，孔隙控制在39%以內(nèi)。4)細骨料:為減小混凝土的后期收縮，宜采用中粗砂，細度模數(shù)2.5～3.0，不使用人工砂，砂的含泥量不得大于3%。5)外加劑:外加劑應(yīng)采用低堿、低水化熱的外加劑，不得具有早強性能，使用高效減水劑。

2 對商品混凝土的要求

除必須滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)符合以下規(guī)定:1)水灰比控制在0.45以下。2)砂率控制在40%以內(nèi)。3)混凝土的入泵坍落度宜控制在140 mm之內(nèi)，誤差±20 mm。4)大體積混凝土的緩凝時間宜為10 h左右。5)要求混凝土到達工地澆筑時的入模溫度不得超過21℃。

混凝土供應(yīng)單位可參考以下措施，也可在保證上述溫度指標的前提下，根據(jù)企業(yè)特點采用其他措施。1)外加劑、砂石須遮蓋，避免陽光直射，并保持通風，在拌合前2 d將碎石灑水降溫;2)拌合水應(yīng)使用地下水;3)散裝水泥必須提前進料降溫，保證拌合時的溫度在18℃以下;4)混凝土運輸罐車外罩保溫套。

為保證水化熱不超過本方案抗裂計算的要求，試配時須對各試配配合比作混凝土或混合膠凝材料的水化熱試驗，并及時將試驗結(jié)果上報本項目部總工室。

3 主要技術(shù)措施

1)主樓承臺采用60 d混凝土的強度，筏板基礎(chǔ)仍采用28 d標準強度，同時，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理和有關(guān)專家共同論證，綜合考慮各種因素，本方案確定每立方米混凝土中水泥用量為P.O42.5級水泥320 kg。2)采用三摻法，即在混凝土中同時摻加高爐磨細礦渣粉(S75)、粉煤灰和外加劑，以保證混凝土強度達到設(shè)計要求，同時改善混凝土的和易性。3)在滿足泵送要求的條件下，降低砂率，使用UEA膨脹劑，防止混凝土因收縮產(chǎn)生裂縫。4)遵循抗、放結(jié)合的原則，為減小地基的水平阻力對底板的約束作用，在底板卷材防水層上干鋪一層油氈作為滑動層。5)本工程底板計劃澆筑時間基本上均處在6月～7月份，當大氣溫度高于混凝土的入模溫度時，為盡可能減少澆筑時的冷量損失，澆筑時采取斜面分層、一次到頂?shù)姆绞?，使混凝土的暴露面積最小，混凝土輸送泵管用一層麻袋包裹并經(jīng)常灑水保持濕潤。6)混凝土初凝前，表面用平板振搗器振搗兩次，改善混凝土的密實性。兩次振搗后，用刮桿刮平。為減少表面裂縫，適當增加抹面次數(shù)，終凝前，再用木抹子做兩遍壓實抹平，最后表面掃毛。7)加強養(yǎng)護，充分利用混凝土的松弛特性降低混凝土的收縮應(yīng)力?；炷恋闹行臏囟扰c表面溫度差及表面溫度與外界溫度差可控制在25℃以內(nèi)，降溫速率宜控制在1.5℃ ～2℃。承臺澆筑完成后7 d內(nèi)，采用蓄水養(yǎng)護，蓄水深度不小于100 mm，蓄水圍堰高度不低于200 mm，同時加蓋三層棉被。8)保溫保濕至少養(yǎng)護14 d，養(yǎng)護至第15天時，根據(jù)測溫情況和當時天氣情況決定是否撤銷養(yǎng)護。在施工條件許可的情況下，應(yīng)盡可能將養(yǎng)護期延長到30 d。9)做好澆筑后的測溫工作，設(shè)專職測溫工，及時將測溫數(shù)據(jù)錄入預(yù)先編制好溫度曲線的描繪程序和溫度應(yīng)力的計算程序，實時掌握混凝土內(nèi)部溫度和應(yīng)力的變化情況，推斷下一時段的溫度和應(yīng)力變化趨勢，根據(jù)計算結(jié)果決定是否調(diào)整保溫層的厚度。

4 混凝土配合比的確定

根據(jù)以上確定的原則，參考攪拌站統(tǒng)計資料和試配數(shù)據(jù)，確定混凝土單方主要材料用量(kg)見表1。詳細試配數(shù)據(jù)參見試配報告。

表1 混凝土配合比(每立方米混凝土主要材料用量)

5 測溫方案

混凝土測溫采用電子測溫。測溫點布置原則:

1)測量點的布置范圍應(yīng)以所選混凝土澆筑平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)測溫點按平面分層布置。

2)在測溫區(qū)內(nèi)，測溫點的位置與數(shù)量根據(jù)混凝土澆筑體內(nèi)溫度場的分布情況及溫控的要求確定。

3)在每條測溫軸線上，測溫點位不宜小于4處，且應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸布置。

4)沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置外表、底面和中心溫度測點，其余測點宜按測點間距不大于600 mm布置。

5)保溫養(yǎng)護效果及環(huán)境溫度測溫點數(shù)量根據(jù)具體需要確定。

6)混凝土澆筑體的外表溫度宜為混凝土外表以內(nèi)50 mm處的溫度。

7)混凝土澆筑體底面的溫度，宜為混凝土澆筑體底面上50 mm處的溫度。

8)距混凝土表面1.5 m高度、露天、不易破壞處設(shè)三個普通溫度計測量大氣溫度，氣溫取讀數(shù)的平均值。

9)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)測溫點的平面布置圖見圖1(以1號樓為例)。1號樓3.1 m厚底板測溫點垂直方向布置圖見圖2。

圖1 1號樓測溫點平面布置圖

圖2 主承臺測溫點平面布置圖

10)測溫時間。a.第1天～第3天每4 h測溫1次;b.第5天～第7天每6 h測溫1次;c.第8天～第14天每12 h測溫1次;d.第15天～第21天每24 h測溫1次;e.第22天～第30天每48 h測溫1次，原則上，在混凝土澆筑結(jié)束后，7 d內(nèi)每晝夜不應(yīng)少于4次。入模溫度的測量，每臺班不應(yīng)少于2次。在混凝土中心溫度低于入模溫度后可停止測溫。

11)測溫數(shù)據(jù)的管理。設(shè)置專人負責測溫工作，并在施工前對測溫人員進行詳細的交底，保證數(shù)據(jù)采集的準確性。利用計算機對測溫數(shù)據(jù)進行信息化實時管理，預(yù)先編制好溫度曲線的描繪程序和溫度應(yīng)力的計算程序，及時整理錄入測溫數(shù)據(jù)，描繪出溫度曲線、計算出累加溫度應(yīng)力，與澆筑前的估計情況進行比較，推斷下一時段的溫度和應(yīng)力變化趨勢，根據(jù)計算結(jié)果決定是否調(diào)整保溫方式和保溫層厚度。

12)測溫注意事項。a.澆筑混凝土前應(yīng)檢查支撐鋼筋是否牢固，測溫點標高是否準確，探頭、插頭是否包嚴。b.使用探頭測混凝土入模溫度時，不得在流動的混凝土中探測。c.嚴密監(jiān)測混凝土的溫升情況，根據(jù)溫度記錄，增減保溫材料厚度或?qū)訑?shù)。

控制大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差，表面溫度與環(huán)境溫度之差應(yīng)小于25℃。當大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差超過25℃時，可增加保溫材料厚度或?qū)訑?shù)，反之亦然。

從5月27日澆筑第一棟樓基礎(chǔ)大體積混凝土開始，至7月25日止整個6棟超高層住宅基礎(chǔ)大體積混凝土全部澆筑結(jié)束，從觀察和采集的數(shù)據(jù)來看，各項指標均符合設(shè)計和規(guī)范要求，均在施工方案的控制之中。無論從商品混凝土的配比、調(diào)度、運輸、場地布置等方面，還是從現(xiàn)場勞動力組織、測溫、養(yǎng)護等方面均按照施工方案有條不紊的實施，達到了預(yù)期的效果和目的。

6棟超高層建筑基礎(chǔ)混凝土總量達7.5萬m3，其中1號樓方量最大，達1.8萬m3，平均深度3.1 m，核心筒處最深達7.4 m，是最后一個澆筑完成的。

我們通過總結(jié)前5棟樓的經(jīng)驗和采集的數(shù)據(jù)，對施工方案又進行了優(yōu)化。從原方案72 h縮短到60 h，由原來的斜面分層一次到頂?shù)臐仓绞?，改為先集中澆?.4 m深的核心筒部位至-13.40 m處，然后采取整體分層連續(xù)澆筑方式(共分6層)，使每層混凝土因水化熱產(chǎn)生的溫度又得到了釋放。同時與商品混凝土供應(yīng)商聯(lián)系，研究在保證質(zhì)量的前提下，如何使混凝土的初凝時間適當延長，混凝土供應(yīng)商通過試配，適當?shù)脑黾恿送饧觿從齽┑挠昧浚够炷脸跄龝r間由原來的8 h延長至10 h，減少了因間隙時間長而造成的冷縫，保證了各層混凝土的有機結(jié)合。在防裂和保溫方面，利用前5棟樓積累的數(shù)據(jù)，對保溫和養(yǎng)護措施又進行了改進。澆筑結(jié)束后立即進行測溫，剛開始在覆蓋一層棉被和蓄水100 mm的情況下，混凝土內(nèi)外溫差達25.6℃(表面溫度58.8℃，內(nèi)部中心溫度84.4℃)。及時調(diào)整覆蓋厚度，增加蓄水量。由原來的一層增加到兩層，蓄水深度由100 mm增加到200 mm，2 h后再進行測量時溫差明顯下降，3d后溫差逐漸減小，只有24.5℃(表面溫度63.7℃，中心溫度88.2℃)。根據(jù)測溫數(shù)據(jù)，決定第7天開始放水、撤被，進行正常養(yǎng)護?，F(xiàn)在內(nèi)外溫差只有19.3℃(表面溫度35.2℃，中心溫度54.5℃)，基本達到正常水平，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。由此看來，方案是切合實際的，措施是得當?shù)模Y(jié)果是圓滿的。