西安榮民金融中心大體積混凝土施工技術(shù)

王敏，張凱峰，劉天云，白航，劉超

（中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710100）

1 工程概況

西安榮民金融中心項(xiàng)目，位于西安市未央?yún)^(qū)未央路與鳳城南路交叉口東南角，塔樓：地下 3 層、地上57 層；塔樓建筑高度：屋面 249.5m、幕墻 269.9m。總建筑面積 143354m2，其中：地上 128135m2、地下車(chē)庫(kù)15218m2，塔樓：地下 3 層、地上 57 層；塔樓建筑高度：屋面 249.5m、幕墻 269.9m；核心筒由 30 根勁性柱，外框由 18 根直徑 1600～1300mm 鋼管柱及工字鋼梁組成。筒內(nèi)樓板為鋼筋混凝土樓板，筒外樓板為鋼筋桁架樓承板。本工程混凝土使用年限 100 年。

2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

本工程主樓地下采用整體筏板基礎(chǔ)，塔樓主體范圍以內(nèi)基礎(chǔ)筏板厚度為 3.4～9.5m，塔樓主體范圍以外基礎(chǔ)筏板厚度為 0.8m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C40，抗?jié)B等級(jí)為 P10，對(duì)混凝土的配合比、體積穩(wěn)定性、抗碳化、抗化學(xué)腐蝕等混凝土耐久性均具有較高的要求。塔樓底板混凝土總澆筑方量約 1.4 萬(wàn)方，因此水化熱的控制、收縮裂縫的控制、混凝土的養(yǎng)護(hù)及溫控是該項(xiàng)目混凝土技術(shù)中的最大難點(diǎn)。須重視提高大體積混凝土施工技術(shù)水平，做到合理控制水泥水化熱，精心施工[1-3]。大體積混凝土施工中加強(qiáng)溫度監(jiān)控，是控制溫度裂縫的重要措施[4-6]。

3 C40 混凝土的絕熱溫升

3.1 C40 混凝土配合比

C40 混凝土配合比見(jiàn)表 1。

表 1 混凝土配合比 kg/m3

（1）膠凝材料水化熱總量可按式 (1) 計(jì)算：

式中：Q——膠凝材料水化熱總量，kJ/kg；

Q0——水泥水化的總熱量，kJ/kg；

k——不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)，其值取法參見(jiàn)表 2。

表 2 不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)

（2）因水泥水化熱引起混凝土的絕熱溫升值[7]可按式 (2) 計(jì)算：

式中：

T(t)——混凝土齡期為 t 時(shí)的絕熱溫升，℃；

W——每方混凝土的膠凝材料用量，kg/m3；

C——混凝土的比熱，一般為 0.92～1.0kJ/(kg·℃)；

ρ——混凝土的密度，2400～2500kg/m3；

m——與水泥品種、澆筑溫度等有關(guān)的系數(shù)，0.3～ 0.5d-1；

t——混凝土齡期，d；

Q——水泥的水化熱，kJ/kg。

根據(jù)混凝土的配合比，粉煤灰占膠凝材料總量的24.4%，因此，水化熱的調(diào)整系數(shù)取 0.94，混凝土的齡期取 7 天，混凝土的比熱取 0.95kJ/(kg·℃)，混凝土密度 2400kg/m3，膠凝材料總量 428kg，m 取 0.4，水泥水化熱取 340kJ/kg，將以上數(shù)據(jù)帶入混凝土絕熱溫升計(jì)算公式得：

如果施工時(shí)的環(huán)境溫度為 0℃，混凝土的入模溫度約 10℃，預(yù)計(jì)混凝土中心溫度可能會(huì)達(dá)到 65℃。

3.2 C40 混凝土力學(xué)性能

C40 混凝土配合比如表 1，混凝土養(yǎng)護(hù)齡期為 7d、28d、60d、90d、180d、360d 的抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表 3。

表 3 不同齡期混凝土強(qiáng)度

從表 3 可以看出，C40 大體積混凝土隨著齡期增大，抗壓強(qiáng)度增加，60d 達(dá)到 53.5MPa。在混凝土中，各種膠凝材料的反應(yīng)速度是不同的，隨著齡期而變的、其變化律也不同。比如硅酸鹽水泥的水化較快，在早齡期對(duì)強(qiáng)度有較大的貢獻(xiàn)，但它的水化放熱量是較大的，而且相對(duì)集中在早期。而一些礦物外加劑的反應(yīng)是較慢的，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，對(duì)后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)大，但它們的水化放熱量則是較小的、并且放熱比較平緩。因此，摻入礦物外加劑是降低混凝土放熱量的一個(gè)重要的技術(shù)途徑。如果過(guò)分地強(qiáng)調(diào)早期強(qiáng)度而限制了礦物外加劑的使用，那么混凝土放熱量久很難控制。大體積混凝土的溫度裂縫一般是在施工期出現(xiàn)，混凝土構(gòu)件并不承受較大荷載，主要荷載逐漸增加。因此，過(guò)分強(qiáng)調(diào)早期強(qiáng)度并沒(méi)有太大的實(shí)際意義。相反，采用較晚齡期的強(qiáng)度則有利于礦物外加劑的使用，這不僅可以有效地控制混凝土的放熱量，也有利于礦物外加劑潛能的發(fā)揮。由此看來(lái)，對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)，以較晚齡期的強(qiáng)度作為混凝士強(qiáng)度等級(jí)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)既是必要的，也是可行的。

3.3 主要措施

本工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高，由于混凝土攪拌站在混凝土配合比中采取了有效的技術(shù)措施，水泥用量相對(duì)較少。但混凝土厚度較大，尤其是大體積混凝土厚度超過(guò) 9m，水化熱不易散發(fā)高，升溫快降溫慢。施工季節(jié)為 12 月下旬，西安地區(qū)冬季氣溫較低。因此，混凝土降溫時(shí)的收縮與混凝土早期塑性收縮、干燥收縮共同作用是引起混凝土開(kāi)裂的主要原因。

大體積混凝土在澆筑過(guò)程中及其后的一段養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)，對(duì)混凝土內(nèi)部及表面溫度進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)的溫度變化狀況及時(shí)采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施，對(duì)于防止因大體積混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生溫度應(yīng)力而導(dǎo)致有害裂縫（深層、貫穿性裂縫）的產(chǎn)生有至關(guān)重要的意義。

4 溫度監(jiān)控情況

該工程采用 HC-TW80 混凝土無(wú)線測(cè)溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，該儀器可以利用 GSM 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以 GPRS 方式傳輸數(shù)據(jù)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)或手機(jī)接收實(shí)時(shí)溫度信號(hào)，并顯示曲線變化圖形。

4.1 測(cè)位、測(cè)溫點(diǎn)布置

根據(jù)該工程的具體情況，共布置 8 個(gè)測(cè)位（見(jiàn)圖2），每個(gè)測(cè)位布置 3～5 個(gè)測(cè)點(diǎn)。溫度傳感器分別距離混凝土上表面 50mm，混凝土底面 100mm，混凝土厚度的 1/2 高度處，同時(shí)布置一個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度變化。

4.2 溫度控制方法

大體積混凝土溫度的控制主要是控制降溫速率、表層與中心最大溫差及表層與環(huán)境溫度之差。根據(jù)大體積混凝土施工的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本工程控制混凝土中心與表層的最大溫差目標(biāo)值是不大于 28℃，表層與環(huán)境溫度之差不大于 20℃[8]。

該工程施工季節(jié)為冬季，氣溫寒冷，施工過(guò)程混凝土的入模溫度較低，不需專門(mén)水冷卻控制，混凝土澆筑完畢根據(jù)混凝土溫度與環(huán)境溫度的變化而確定覆蓋保溫養(yǎng)護(hù)措施，只要以后養(yǎng)護(hù)方法得當(dāng)就能保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。

測(cè)位 3#、4#和 5#、6#分別布置在兩個(gè)電梯井的邊緣位置，用以測(cè)定電梯井周?chē)目v向和橫向溫度的變化。電梯井四周混凝土厚度 9500mm，此處混凝土發(fā)熱量大。溫度控制時(shí)既要考慮混凝土縱向的溫差，同時(shí)還要考慮水平方向的溫差，防止電梯井角上出現(xiàn)溫度裂縫。

4.3 溫度測(cè)控時(shí)間

從 12 月 25 日上午 10 點(diǎn)混凝土澆筑收面、可以上人開(kāi)始布置溫度傳感器，到 1 月 22 日大面積溫度溫度降到安全區(qū)間，2 月 20 日電梯井溫度降到安全區(qū)間，測(cè)溫結(jié)束歷時(shí) 57 天，其中 1 月 31 日下雪 1 天。

測(cè)位 1#、2#處混凝土最早開(kāi)始澆筑，測(cè)溫第 2 天測(cè)位 1#的中上處溫度達(dá)到最高點(diǎn) 58.3℃，隨后第 5 天開(kāi)始降溫。測(cè)位 2#第 5 天達(dá)到溫度最高點(diǎn) 59.0℃，隨后與第 7 天開(kāi)始降溫。降溫到第 28 天，1#測(cè)溫位中心溫度 32.2℃，表層溫度 19.5℃，環(huán)境溫度 1.6℃；2#測(cè)位中心溫度 43.4℃，表層溫度 27.8℃，環(huán)境溫度 1.6℃。

圖 2 大體積混凝土測(cè)位布置示意圖

測(cè)位 7#、8#處混凝土最晚開(kāi)始澆筑，測(cè)溫第 3 天測(cè)位 7#的中上處溫度達(dá)到最高點(diǎn) 62.9℃，隨后第 7 天開(kāi)始降溫。測(cè)位 8#第 3 天達(dá)到溫度最高點(diǎn) 56.7℃，隨后第 7 天開(kāi)始降溫。降溫到第 28 天，7#測(cè)位中心溫度34.3℃，表層溫度 11.8℃，環(huán)境溫度 1.6℃；8#測(cè)位中心溫度 30.9℃，表層溫度 12.8℃，環(huán)境溫度 1.6℃。至此 3400mm 筏板混凝土的表里溫差、表層與環(huán)境溫度之差已降到安全溫度之間，且降溫速率均小于 2℃/d。

測(cè)位 3#、4#處為電梯井，混凝土厚度 9400mm，測(cè)溫第 3 天測(cè)位 3#的中上處溫度達(dá)到最高點(diǎn) 59.4℃，隨后第 7 天開(kāi)始降溫。測(cè)位 4#第 3 天達(dá)到溫度最高點(diǎn)61.4℃，隨后第 2 1天開(kāi)始降溫。降溫到第 28 天 3#測(cè)位中心溫度 28.2℃，表層溫度 12.5℃，環(huán)境溫度 1.6℃；57 天 4#測(cè)位中心溫度 39.0℃，表層溫度 10.5℃，環(huán)境溫度 5.8℃。

測(cè)位 5#、6#為另一個(gè)電梯井，混凝土厚度9400mm，測(cè)溫第 2 天測(cè)位 5#的中上處溫度達(dá)到最高點(diǎn)58.6℃，隨后第 6 天開(kāi)始降溫。測(cè)位 6#第 2 天達(dá)到溫度最高點(diǎn) 62.3℃，隨后測(cè)溫第 12 天開(kāi)始降溫。測(cè)溫第 57天 5#測(cè)位中心溫度 35.20℃，表層溫度 9.3℃，環(huán)境溫5.8℃；6#測(cè)位中心溫度 42.0℃，表層溫度 12.1℃，環(huán)境溫度 5.8℃。

至此 9500mm 電梯井混凝土的表里溫差、表層與環(huán)境溫度之差已降到安全溫度之間，且降溫速率均小于2℃/d。

4.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢收面后即刻覆蓋一層塑料薄膜，以保證混凝土表面不失水；同時(shí)及時(shí)覆蓋一層棉被以減少混凝土表面的散熱，又防止混凝土表面受凍；根據(jù)天氣變化和現(xiàn)場(chǎng)具體情況，為了防止棉氈受潮而降低保溫效果，再在棉氈上面覆蓋一層彩條布。對(duì)電梯井部位，在上口處覆蓋木板。

經(jīng)過(guò) 57 天的溫控，得到結(jié)論：混凝土中心最高溫度 62.8℃，厚度大于 3400mm 的混凝土最大溫差小于28℃，表層與環(huán)境最低溫差小于 20℃，降溫速率小于2℃/d。混凝土強(qiáng)度等級(jí)、抗?jié)B等級(jí)滿足設(shè)計(jì)要求，同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件強(qiáng)度達(dá)到 C40 強(qiáng)度等級(jí)要求。現(xiàn)場(chǎng)觀察混凝土表面及混凝土周邊、承臺(tái)和電梯井，沒(méi)有出現(xiàn)明顯影響結(jié)構(gòu)安全的貫通性裂縫。至此大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)和控制達(dá)到大體積混凝土規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程大體積混凝土采用一系列措施對(duì)控溫防開(kāi)裂，確保了 C40 大體積混凝土質(zhì)量要求，順利施工，得到如下結(jié)論：

（1）C40 混凝土最優(yōu)的配合比，礦物摻合料取代水泥的量 45%，混凝土后期強(qiáng)度顯著提高。

（2）榮民金融項(xiàng)目大體積混凝土預(yù)計(jì)混凝土中心溫度理論計(jì)算會(huì)達(dá)到 65℃，實(shí)際監(jiān)測(cè)，混凝土中心最高溫度 62.8℃，混凝土質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。

（3）針對(duì)大體積混凝土施工研究，結(jié)合榮民金融項(xiàng)目對(duì)大體積混凝土的降溫措施、控溫手段和養(yǎng)護(hù)方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，實(shí)例研究，為大體積混凝土的施工工作提供了實(shí)際參考。