８．９ｍ厚大體積混凝土的施工工藝和質量控制

摘要：對大體積混凝土的施工工藝進行了分析，主要從質量控制方面進行了論述，提出了大體積混凝土的施工方法，達到了質量好的效果。

關鍵詞：大體積混凝土；溫度裂縫控制；質量控制

深圳中航廣場工程位于深圳深南中路北側。工程分為一段、二段開發，一段主要為商業、辦公及公寓部分。辦公樓高度為245米。

本工程底板厚度為800mm，承臺CTA-13的截面尺寸為42000×20200、厚度為3300 mm、電梯井基坑處厚度達到8900mm，在此主要介紹8900mm厚大體積混凝土的施工工藝。

1 操作工藝：

在澆筑工序中，應控制混凝土的均勻性和密實性。混凝土拌合物運至澆筑地點后，應立即澆筑入模。在澆筑過程中，如發現混凝土拌合物的均勻性和稠度發生較大的變化，應及時處理。

澆筑混凝土時，應注意防止混凝土的分層離析。混凝土由料斗、漏斗內卸出進行澆筑時，其自由傾落高度一般不宜超過2m，在豎向結構中澆筑混凝土的高度不得超過3m，否則應采用串筒、斜槽、溜管等下料。混凝土的泌水趕到積水坑用水泵抽出。

混凝土在澆筑及靜置過程中，應采取措施防止產生裂縫。由于混凝土的沉降及干縮產生的非結構性的表面裂縫，應在混凝土終凝前予以修整。在澆筑與柱和墻連成整體的梁和板時，應在柱和墻澆筑完畢后停歇1～1.5h，使混凝土獲得初步沉實后，再繼續澆筑，以防止接縫處出現裂縫。

承臺較深部位，澆筑采用斜面分層，其厚度控制在500mm內，澆筑斜面坡度約為1：6(見下圖)。為確保承臺及基礎梁分層之間不出現冷縫，要求每臺泵每小時混凝土泵送量保證在25m3以上。

2、預控措施：

2.1控制好混凝土原材料的質量，搞好混凝土配合比設計，掌握好混凝土攪拌，嚴格分層施工澆搗密實。大體積的混凝土的施工采用低熱水泥，對于厚板承臺等構件，在混凝土內部預埋管道，進行水冷散熱。

2.2養護時控制升溫速度不大于15℃/小時，采用蓄水養護(蓄水深度150-200mm)，養護時間不少于14天。

2.3、對于大體積混凝土除了上述措施外，另外要求選用低水化熱水泥配制混凝土或摻加適量的粉煤灰、減水劑以降低水化熱。夏天施工可用冰水拌制混凝土降低混凝土入模溫度。分層澆筑、分塊澆筑，留后澆帶。結構中通水管的降低結構內溫度。混凝土澆筑在原層的混凝土墊層上時，可在混凝土墊層上設置防滑隔離層，在截面變化大的地方設置漸變形式，以消除或減小約束作用。加強養護過程中的測溫工作發現溫差大于25℃，及時采取養護措施。脫模時防止混凝土表面急劇冷卻。

2.4 采用直徑為25mm的鋼管制作測溫孔，測溫孔按上、中、下布置，底板上孔距基礎上表面100mm，中孔距基礎上表面450mm，下孔距基礎上表面700mm；核心筒深基礎進行加密測溫孔的布置。承臺厚度5600mm的測溫孔按上、中、下布置，上孔距基礎上表面100mm，中孔距基礎上表面2800mm，下孔距基礎上表面5500mm。根據混凝土早期升溫較快，后期降溫較慢的特點，采用先頻后疏的原則，測溫從混凝土覆蓋養護開始，每2小時測溫一次，7天后每4小時測溫一次，當內外溫差小于25℃時可停止測溫工作，將測溫孔內的水吸出，用高標號砂漿捻口封堵。對于承臺厚度大的在其內部預埋冷卻水管散熱。采用水銀溫度計測量溫度。

測溫孔的布置如下圖：

3 治理：

對表面裂縫，可采取涂兩遍環氧膠泥或貼環氧玻璃布，以及抹、噴水泥砂漿等方法進行表面封閉處理。對防水防滲的結構大于0.1mm寬度的貫穿性裂縫，采用灌水泥漿或環氧漿液進行裂縫修補或者灌漿與表面封閉同時采用。小于0.1mm的裂縫，可不處理或只作表面處理。

4 控制溫度裂縫的計算：

根據擬采取的施工方案和現有的施工條件及預計的大氣溫度等因素，通過對水泥水化熱的絕熱最高溫升值；3天、7天的收縮變形值；收縮當量溫差和彈性模量的預先估算可能產生的最大溫度收縮應力與混凝土相應齡期的抗拉強度相比較：

4．1混凝土水化熱絕熱溫升值

T(t)=(C·Q/c·ρ)·(1-e-m·t)

C-每立方米混凝土的水泥用量(kg)

底板混凝土(C35)水泥用量340kg/m3 左右。

Q-每千克水泥水化熱量(J/kg)

水泥采用PⅡ硅酸鹽水泥，水泥強度等級為42.5R，不同齡期水化熱分別為3天-230kJ/kg；7天-290kJ/kg。

Q(3)=314×103 J/kg

Q(7)=354×103 J/kg

C-混凝土的比熱，一般由0.92~1.00 kJ/kg oK

C==0.97×103 J/kg·K

ρ-混凝土質量密度=2400kg/m3

ρ=2400kg/m3

e -常數e=2.718

m-與水泥品種、澆筑時間的溫度有關的經驗系數，一般為0.2~0.4。參考施工手冊，取28.6℃的系數m=0.4

t-混凝土澆筑后至計算時的天數(d)。

將各值代入求混凝土澆筑完3天、7天的水化熱絕熱溫升值：

T(3)=(340×314×103/0.97×103×2400)×(1-2.718-0.4×3)=32.04℃

T(7)=(340×354×103/0.97×103×2400)×(1-2.718-0.4×7)=48.53℃

4．2各齡期混凝土的收縮相對變形值:

εy(t)=εy0(1-e-0.1t)M1×M2×M2×...Mi...×M10

εy0-標準狀態下最終收縮值(極限收縮值)取3.24×10-4

考慮各種標準非條件的修正系數：Mi

水泥品種：采用普通硅酸鹽水泥M1=1

水泥濃度:顆粒，與水接觸的表面積越大，水化反應越快，凝結硬化時收縮越大，易產生裂縫，M2=0.92

骨料:M3=1.0

水灰比，根據泵送規程混凝土的水灰比小于0.6， M4=1.21

水泥漿量小于30%，M5=1.45

混凝土澆筑，初期養護時間為14天，M6=0.93

養護采用蓄水養護，其環境的相對濕度為：60%，M7=0.88

構件截面周長(L)與截面積(A)之比：

L/A=0.3 M8=1.03

振搗方式：機械振搗， M9=1.0

配筋率為0.10， M10=0.76

考慮多種因素的影響，各種條件因素的修正系數Mi

M=M1×M2×M3×Mi…M10

=1×0.92×1.0×1.21×1.45×0.93×0.88×0.62×1.0×0.76

=1.03

混凝土相應齡期的相對變形值

εy(3)=εy0(1-e-0.1t)M1×M2×M2×...Mi...×M10

=3.24×10-4(1-2.718-0.1×3)×1.03

=0.86×10-4

εy(7)=εy0(1-e-0.1t)M1×M2×M2×...Mi...×M10

=3.24×10-4(1-2.718-0.1×7)×1.03

=1.67×10-4

4．3各齡期混凝土收縮當量溫差：

Ty(t)=-εy(t)/α

α-混凝土的線膨脹系數 1.0×10-5

Ty(3)=-0.86×10-4/1.0×10-5=-8.6℃

Ty(7)=-1.67×10-4/1.0×10-5=-16.7℃

4．4混凝土各齡期的彈性模量

E(t)=E0(1-e-0.09t)

C35混凝土最終彈性模量：E0=3.15×104n/mm2

E3=3.15×104(1-2.718-0.09×3)=0.7452×104n/mm2

E7=3.15×104(1-2.718-0.09×7)=1.4722×104n/mm2

4．5混凝土的溫度收縮應力

σ=(E(t)·α·△T/(1-γ))·S(t)·R

混凝土的最大綜合溫差△T

△T=2/3T(t)+T0+Ty(t)-Th

T0-混凝土入模溫度

混凝土的入模溫度在施工過程中控制小于29℃

T0取值為29℃

Th-考慮深圳地區7月的氣候，這里暫時取氣溫為28.6℃

△T3=(2/3)×32.04+29+(-8.6)-28.6=13.16℃

△T7=(2/3)×48.53+29+(-16.7+8.6)-28.6=24.6℃

S(t)徐變影響的松弛系數取0.4

R混凝土外約束系數，外約束來自防水保護層為40厚細石混凝土，R=0.5

混凝土的泊松比：γ=0.15

混凝土相應齡期的收縮應力：

σ3=(0.7452×104×1.0×10-5×13.16/(1-0.15))×0.4×0.5

=0.23n/mm2

σ7=(1.4722×104×1.0×10-5×24.6/(1-0.15))×0.4×0.5

=0.85n/mm2

4．6混凝土同齡期拉強度：

根據《混凝土結構工程施工及驗收規范》50204-92中，附表二，溫度、齡期對混凝土強度的影響曲線：

fcu(3)= fcu·18%=5.4 n/mm2

fcu(7)= fcu·40%=12 n/mm2

混凝土的抗拉強度相當低，但對混凝土的抗裂性其著重要的作用，抗拉強度與同齡期抗壓強度的拉壓比有關，拉壓比的變化范圍大致為6%~14%

fct(3) =fcu(3)·6%=0.324n/mm2

fct(7) =fcu(7)·10%=1.20n/mm2

4．7抗裂強度安全驗算

齡期為3天時：

K1= fct(3)/σ3 =0.324/0.23=1.4 > K=1.15

齡期為7天時：

K1= fct(7)/σ7 =1.2/0.85=1.4> K=1.15

4．8結論：計劃的施工措施和現有的施工條件可保證溫度應力小于混凝土同齡的抗拉強度，可保證基礎底板混凝土施工質量-控制裂縫的出現。

蓄水深度按下列公式計算：

HW=X×M×(Tmax-T2)×Kb×λw/(700Tj+0.28mc×Q)

其中X為蓄水時間，為14天，既為336小時

M為大氣接觸面積與混凝土體積之比，取1.0

Tmax-T2為24.6度

Kb為修正系數，取1.6

λw的導熱系數，為0.58

700折算系數， Tj為混凝土澆注溫度，為29度

mc為水泥用量，為340

Q為水泥28天水化熱，為375

代入公式計算得如下:

HW=X×M×(Tmax-T2)×Kb×λw/(700Tj+0.28mc×Q)

=336×1×24.6×1.6×0.58/（700×29+0.28×340×375)

=0.136米

在本工程蓄水深度取150-200mm。

5溫度裂縫控制效果

本工程基礎底板混凝土16600立方米，最厚處8900mm。混凝土中心最高溫度為69度，無有害裂縫出現，取得了較好的控制效果。

參考文獻

[1]《建筑施工手冊》（第四版） 混凝土工程