中國鐵路數據中心廠房超長超厚墻體混凝土技術研究

張晶晶，韓冬蕾，張廣宇

（天津金隅混凝土有限公司，天津 300300）

0 引言

地下室墻體作為施工過程中重點結構部位，其特點為結構長、接觸潮濕環境面積大、不易養護，超厚墻體更容易因混凝土收縮、溫度應力等因素出現裂縫。裂縫作為一種墻體常見的混凝土缺陷，對墻體質量有極大隱患，裂縫的控制是混凝土墻體施工的關注重點。

1 工程概況

中國鐵路總公司主數據中心工程項目位于天津市武清區高村科技創新園區，距離鐵路總公司約 72km。該項目廠房結構形式為鋼筋混凝土框架，剪力墻結構，建筑高度 24m。廠房地下室混凝土主要以 C50 為主，地下室底板長 110m、寬 20m、厚 1.5m，側墻長 110m、寬 20m、高 7.150m、厚度 700mm。該超長超厚墻體地下室外墻，澆筑跨度大，一次性澆筑最大跨度 110m，高度 7m 左右，按大體積混凝土進行施工控制。地下室外墻和底板要求添加聚丙烯網狀纖維。

2 技術難點

地下室大跨度厚墻體極易產生裂縫，大多是由溫度應力引起的，或是早期干縮及由于拆模后未能及時養護而造成的后期干縮而引起裂縫[1-3]。

（1）該項目施工期為春季，地下室外墻混凝土強度等級高、水泥用量大、晝夜溫差大、大風天氣多等均會造成溫度應力過大或干縮裂縫加劇。

（2）工期緊，施工現場進度快，要求混凝土早期強度高，粉煤灰摻量相對較少，混凝土水化熱控制困難。

（3）澆筑落差大，要求供應的混凝土包裹性能好、工作性能好，施工性能優異。

3 生產試配

3.1 原材料情況

（1）水泥：選用水化熱低的振興 P·O42.5 水泥，其主要性能指標見表1。

（2）礦粉：唐山鑫研 S95 級礦粉，其性能見表2。

（3）粉煤灰：滄州臨港 F 類 Ⅱ 級粉煤灰，細度 18.2%，燒失量 1.3%，含水量 0.1%，需水量比 96%。

（4）砂：盧龍河砂，Ⅱ區中砂，細度模數 2.6，含泥量 1.5%。

（5）石：玉田 5～25mm 碎石，含泥量 0.5%，針片狀顆粒總含量 7%，壓碎值指標 8%。

（6）減水劑：北京金隅水泥節能科技 JY-PS-1 減水劑，減水率 28%，pH 值 5.6，密度 1.033g/mL，含固量 12.5%。

表1 振興水泥主要性能指標

表2 鑫研礦渣粉主要性能指標

3.2 試配過程

生產配比初步確定如表3 所示，混凝土性能見表4，根據測溫、工作性能和力學性能進行調整，重點關注以下方面：

表3 生產配合比 kg/m3

（1）用水量的控制：根據地下室墻體特點，配合比設計宜依據大體積混凝土的相關規定進行設計，控制混凝土單方用水量，降低膠凝材料用量，降低混凝土硬化過程中的水化熱和體積變化。關注外加劑減水率、水泥標準稠度用水量、礦物摻合料流動度比和砂石含泥量。

表4 混凝土工作性能和力學性能

（2）坍落度的控制：墻體混凝土應合理控制坍落度。坍落度過小易造成振搗困難而影響其內部結構密實性；坍落度過大，混凝土包裹性差，振搗和重力影響下易造成骨料（尤指粗骨料）明顯沉降，漿體明顯上浮，遇到鋼筋等障礙物時會在其下表面形成沉降差而促進塑形沉降裂縫產生，并不利于混凝土與鋼筋的握裹，不利于施工和裂縫控制。該工程宜控制混凝土坍落度為 190～200mm。

（3）防腐阻銹抗裂劑的使用：為控制墻體裂縫的產生及擴大，在混凝土中添加適量抗裂組分。

3.3 生產技術措施

使用礦物摻合料提高混凝土流動性和降低混凝土水化熱，外加劑試配調整混凝土凝結時間等技術措施進行試配調整，并對混凝土拆模、養護時間等方面對客戶進行技術交底[4-5]。具體措施如下：

（1）原材料控制上應選用水化熱較低的水泥，從而控制大體積混凝土的絕熱溫升；嚴格控制集料級配及其含泥量，如果含泥量大的話，不僅會增加混凝土的收縮，而且會引起混凝土抗拉強度的降低，對混凝土抗裂不利。

（2）配合比設計上盡可能地降低水泥用量，關注混凝土中后期強度發展；充分利用礦物摻合料的火山灰效應、微集料效應和界面效應，使用礦物摻合料調整膠材結構，尤其是配合比中粉煤灰用量占到整個膠凝材料的 22%，摻合料用量占到整個膠凝材料的 40% 左右，顯著降低混凝土單方用水量和混凝土絕熱溫升，保證強度并提高混凝土的流動性，減少溫度裂縫和收縮裂縫的產生。

（3）聚丙烯纖維的使用：在混凝土中摻入一定的聚丙烯纖維，其在混凝土中形成的亂向支撐體系，產生一種有效的二級加強效果，可以提高混凝土基體的抗拉強度，阻止混凝土基體中原有微裂縫缺陷的擴展及延緩新裂縫的出現，大幅度地提高混凝土的抗裂性能。該項目墻體混凝土配合比中建議摻加 0.9kg/m3的聚丙烯纖維。

（4）抗裂劑的使用：使混凝土具有補償收縮性，一方面產生微膨脹對混凝土的收縮進行補償，另一方面相應降低水泥用量和水化熱，使剪力墻混凝土內部最高溫度降低并延緩出現，對剪力墻混凝土裂縫的產生起到一定的控制。

（5）通過調整混凝土整體級配及緩凝型減水劑的配合使用，適當延長混凝土凝結時間，增加混凝土的保水、包裹性，滿足超長超厚墻體振搗施工要求。

4 施工控制

在地下室工程中，混凝土墻體是容易發生裂縫的部位，結合工程自身的特點，在施工工藝上有的放矢地采取預防裂縫的優化措施，以避免裂縫的發生[6]。常用的施工措施有：

（1）施工前墻體溫升的控制：大體積混凝土工程施工前，對施工階段大體積混凝土澆筑體的溫度應力及收縮應力進行試算，并確定施工階段大體積混凝土澆筑體的升溫峰值，里表溫差及降溫速率的控制指標符合GB 50496—2018《大體積混凝土施工規范》要求。

（2）布筋：按照 “小直徑、小間距” 的原則，對水平鋼筋進行優化，選擇適當的配筋率可提高混凝土極限拉伸，建議結構截面配筋率控制在 0.5%。建議在結構中應力集中、突變和薄弱部位，適當增加一些構造鋼筋，作局部增強處理。同時，可以采用鋼筋網片，以增加鋼筋橫向抗拉能力，能夠將混凝土膨脹收縮所產生的應力均勻分布，降低裂縫產生的幾率。

（3）施工環境：本項目施工處于春季多風天氣，澆筑混凝土時在作業面應采取擋風措施，并增加混凝土表面的抹壓次數，應及時覆蓋塑料薄膜和保溫材料。并根據大氣溫度，通過控制混凝土原材料溫度的措施，保證混凝土入模溫度 5～30℃ 為宜。

（4）澆筑振搗：混凝土澆筑應縮短間歇時間，并在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢，混凝土澆筑過程中應加強振搗，提高混凝土和鋼筋的握裹力，從而提高混凝土的密實度，減少混凝土的裂縫。當采用插入式振搗器時，振搗時間宜為 10～30s，移動間距不宜大于振搗器作用半徑的 1.5 倍，振搗器插入下層混凝土的深度不得小于 50mm，與模板的距離不應大于其作用半徑的 0.5 倍，并不應碰撞模板、鋼筋或預埋件，以表面呈現浮漿，不再沉落，不再出現氣泡為準。

（5）拆模：外墻混凝土澆筑完成后短期內不要立即拆除模板，利用模板保溫作用，保持混凝土表面溫度，防止混凝土內外溫差。混凝土的拆模時間應在混凝土澆筑體表面與大氣溫差小于 20℃ 時，溫度下降速率變緩再拆除模板，在此之前建議將模板松動，保證養護用水進入混凝土表面，一般拆模時間為 5～6d。

（6）養護：混凝土澆筑后，應及時進行保濕保溫養護，尤其加強前期四天左右的養護，并保證養護總時間不少于 10d，同時加強施工中養護的監督，保證混凝土硬化早期不產生收縮和溫度裂縫。外墻模板拆除后隨即利用墻體對拉螺栓掛保水性好的麻袋進行養護，尤其是裂縫主要發生的位置（墻體中部高度以下），時刻保持混凝土表面濕潤，大大降低 “干縮”。

通過上述原材、配合比、施工養護控制，新澆筑混凝土墻體有明顯改善，實體外觀色澤均一，光潔度高，達到清水混凝土要求，如圖1 所示。

圖1 脫模后的墻體

5 結論

主數據中心工程是鐵總推動鐵路互聯網、大數據、“云計算” 處理、人工智能建設，實現運用互聯網技術和信息化手段開展工作的基礎性工程，具有重要地位和戰略意義。在對地下室墻體 C50P8 混凝土澆筑的過程中，關注原材料尤其是集料質量的控制，配合比設計遵循低水膠比、低砂率、合理摻合料用量，小坍落度等原則，提高振搗等施工作業質量，加強后期養護，選擇合適拆模時間，減少或避免收縮裂縫現象的發生，有利于提高工程質量，更好地滿足人們使用功能的需求。