天津117大廈底板混凝土性能評價及應用

楊海濤 唐玉超

（中建商品混凝土天津有限公司，天津 300450）

前言

隨著國民經濟的飛速發展，高層建筑逐漸成為都市建筑的主導，而底板是高層建筑的基礎，在建筑施工中處于重要地位[1]。底板混凝土屬于大體積混凝土，在滿足抗滲、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性要求的同時，還需要對其施工早期水化熱進行控制[2-3]。由于混凝土本身導熱性差，內部熱量的聚集和外部熱量的散失，會造成混凝土內部和表面產生較大的溫度差，當溫度應力超過其本身抗拉強度時，便會產生裂縫[4]。

課題基于天津117項目，工程底板混凝土強度等級為C50，抗滲等級達到P8，工程實體橫截面尺寸為東西長103米、南北寬101米，整體厚度6.5米，歷時82h完成6.5萬方超大體積底板混凝土的澆筑，創下民用建筑最大體積底板混凝土的世界之最，也是國內一次性連續澆筑方量最大的底板混凝土工程。通過優選性能優良的原材料，以及滿足混凝土強度、水化熱及耐久性能等指標的要求，將優選配合比成功應用于工程中，取得顯著的經濟效益。

1 材料及實驗方法

1.1 材料

水泥：采用冀東P·O 42.5水泥，比表面積350m2/kg，堿含量小于0.6%，28天強度為49.2MPa；粉煤灰：Cl-含量不超過0.02%，SO3含量不超過3%，游離CaO不超過1.0%，細度7.8%，燒失量2.5%，需水比92%；礦粉：活性96%，比表面積400m2/kg，流動度比97%；砂子：采用天然河沙，含泥量2.0%，細度模數2.4～2.7；石子：級配為5mm～25mm，壓碎指標10%，含泥量1.2%。

1.2 試驗儀器和方法

（1）SHR-650型水泥水化熱測定儀；

（2）NJ-DTC混凝土氯離子電通量測定儀；

（3）混凝土拌合物性能試驗：采用《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002對混凝土拌合物的性能測試；

（4）混凝土抗滲實驗和抗硫酸鹽侵蝕實驗：根據GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。

2 結果與分析

2.1 混凝土力學性能和工作性能結果分析

根據工程要求及相應標準進行配合比設計，設計膠凝材料總量為450kg/m3~500kg/m3，礦物摻合料所占比例為30%~50%，水灰比范圍0.33~0.36，在確保無泌水、泌漿的前提下，使混凝土獲得最佳的工作性能，測試混凝土的坍落度和擴展度及不同齡期的抗壓強度。底板混凝土配合比設計、工作性能和力學性能結果見表1。

由表1實驗結果可以發現：當用水量較低為158kg時，例如第4-9組試樣，28d平均強度為55.8MPa，強度系數為112%；當用水量較高時為164kg時，28d平均強度為52.1MPa，強度系數較低，相比兩組數據，用水量降低8kg，平均強度增加了7%；膠材總量在481kg以上的兩組試樣的平均強度為57.3MPa，膠材總量為455kg的兩組試樣的平均強度為53.0MPa，相比兩組數據，膠材總量增加26kg，平均強度增加8.1%；水泥用量低于240kg的三組試樣的平均強度為51.9MPa，水泥用量為265kg的兩組試樣的平均強度為54.6MPa，水泥用量增加25kg，平均強度上升了5.2%。結合工作性能與力學性能對試樣配比進行綜合分析，優選出了五組配合比進行反復驗證的試驗后確定采用01、08、16三組配比，進行水化熱及相關的耐久性試驗。

2.2 混凝土水化熱分析

底板混凝土屬于大體積混凝土，混凝土澆筑前期的水化熱必須進行適當控制，因此，在強度要求得到滿足的情況下，應當優選膠凝材料水化熱較低的配合比，因此對01、08、16三組膠凝材料進行水化熱檢測，結果見表2。

由表2可知，三組配合比的3d、7d水化熱值都低于純水泥試樣，其中，3d的水化熱值最高的是01試樣，為215k J/kg，16試樣最低為174k J/kg；7d水化熱值08最低為228k J/kg；這是由于凈漿早齡期水化熱主要來源于水泥水化，水泥比例高的組別水化熱值高，而7d齡期時水化熱還受到礦粉和粉煤灰活性發揮的影響。7d水化熱值01＞16＞08，同時08的28d抗壓強度符合強度要求為57.9MPa。結合混凝土工作性，力學性能及水化熱三方面因素，08配比最為理想。

表1 配合比設計、工作性能和力學性能結果（kg/m 3）

2.3 混凝土抗滲性能分析

根據GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中抗水滲透試驗方法對01、08、16三組配合比進行抗滲試驗，試驗結果見表3。

如表3所示，三組配合比的抗滲等級均達到P10，通過滲水高度的比較，01組最低，說明其抗滲性能最優。

2.4 混凝土電通量結果分析

借助混凝土氯離子電通量儀對選定配合比01、08、16三組試樣進行抗Cl-滲透等級評價，齡期為28d、56d，測試結果如表4。

由表4可知，配合比16在兩個齡期的電通量都比較高，說明其抗Cl-滲透能力比較低，而其他兩組結果均處于100~1000的極低范圍，說明01組和08組具有很好的抗氯離子滲透性能。與此同時，三組配比56d的測試結果相對于28d時減少了300C左右，說明采用大摻量礦物摻合料技術，降低水灰比的設計思路有助于提高混凝土的長期抗氯離子滲透性能。

表2 凈漿3d和7d水化熱

表3 抗滲性能測試結果

表4 氯離子抗滲透性能試驗結果

2.5 混凝土抗堿-集料反應性能及抗鋼筋銹蝕性能分析

依據原材料的堿含量及氯離子含量的檢測結果計算不同配合比下混凝土的堿含量和Cl-含量，結果見表5。

《混凝土堿含量限值標準》中規定重要工程結構潮濕環境下混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m3；《混凝土質量控制標準》GB50164中規定預應力混凝土結構的最大氯離子含量為0.06%；由以上結果可見，各配合比混凝土的堿含量指標和氯離子含量均符合要求。

2.6 混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能分析

依據GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中抗硫酸鹽侵蝕試驗方法，檢測結果見表6。

如表6所示，經120次侵蝕其耐蝕系數為96.5%；經抗硫酸鹽侵蝕150次，耐蝕系數為87.1%，滿足規范中不得小于75%的要求。

3 工程應用

經過前期大量的試驗驗證，確定了天津117大廈底板混凝土的施工配合比，經過精心的施工組織策劃，于2011年12月26日至2011年12月29日，項目混凝土施工部攜手5家不同的混凝土生產單位、6個攪拌站、12條生產線、285臺混凝土罐車，歷經82h連續作業，一次性完成了大廈D區6.5萬方超大體積底板混凝土的澆筑施工，混凝土質量穩定，性能良好，取得了良好的實施效果。其整體施工效果如圖1所示。

表5 混凝土的堿含量C l-含量計算結果

表6 硫酸鹽侵蝕試驗結果

表7 混凝土配合比對照

圖1 底板整體施工效果圖

基于對配合比的優化，不僅保障了底板混凝土的工作性能和耐久性能，也獲得很高的經濟效益，與普通混凝土相比，底板混凝土每方節約成本15.2元，詳細配合比見表7。

配合比優化節約成本：

A=（299.7-284.5）×65000=988000（元）

與此同時，項目采用 “混凝土總承包”的模式，將承包范圍從任務承包擴大到管理承包，進行合同風險化解、物資統一采購、配合比優化、分包差價等措施，實現了較大的經濟效益。主要措施為：首先，生產任務由我司統一承接，我司以項目混凝土施工部的名義進行分包組織，保證了生產供應和組織協調的順暢；其次，主要原材料由我司進行集中采購和調撥，保證了原材料的供應和質量；最后，基準配合比由我司制定，質量由我司統一控制，保證了混凝土的質量。

基于保障混凝土礦物摻合料的合理摻量、強度及耐久性能等指標，我司順利完成117底板工程，滿足了底板混凝土體積大、設計使用年限長的要求。在創新了施工管理模式的同時，獲得了巨大經濟效益。

[1] 陳茜， 徐仁崇等.C100大體積鋼管混凝土的溫升控制與研究[J].混凝土與水泥制品，2013，（12）.

[2] 張仕兵，劉學良等. AP1000核電站超厚超高大型結構模塊自密實混凝土施工關鍵技術研究與應用[J].施工技術，2014，（3）:91-95.

[3] 袁廣林，黃方意，沈華，高鵬飛.大體積混凝土施工期的水化熱溫度場及溫度應力研究[J].混凝土，2005（2）:86-89.

[4] Kim J K. Estimation of compressive strength by a new apparent activation energy function [J].Cement and Concrete Research，2001，31（2）:217-225.