天府機場超長結構跳倉法補償收縮混凝土的應用研究

關素敏 郭楊 藍堂偉 李清

【摘要】研究表明：在超長結構中，混凝土施工需進行分倉澆筑，且相鄰倉位之間混凝土澆筑間隔不少于7天。膨脹劑的摻入降低了混凝土的抗壓強度，而在配筋條件下，混凝土抗壓強度增強。膨脹劑的摻入彌補了混凝土部分收縮，并且配筋也能限制混凝土的收縮。實體澆筑后，應力值檢測小于3 MPa，符合裂縫控制標準。

【關鍵詞】超長結構;跳倉法;補償收縮混凝土

【中圖分類號】 TU755【文獻標志碼】 B

隨著社會經濟和建筑技術的發展，航站樓、會展中心、體育場館等大型公共建筑越來越多，建筑規模也越來越大，因建筑美觀和使用需求，建筑師希望建筑少設縫或不設縫，導致超長混凝土越來越多[1]。據統計，在公共建筑中，超長建筑占90%以上。如武漢天河機場 T3航站樓主樓772 m x 245 m， 中國博覽會展綜合體單片300 mx324 m。

混凝土的質量對混凝土結構至關重要，其中裂縫控制是混凝土質量控制的關鍵。混凝土開裂是導致混凝土劣化加速甚至失效的重要因素[2]。混凝土中的裂縫不僅會影響結構的安全，并且在結構使用年限內，在外界荷載作用下裂縫存在擴散風險。因此裂縫的存在可能會影響到整個建筑物的耐久性和安全性[3]。此外，裂縫導致了混凝土存在滲透風險。環境中可溶性物質易通過裂縫滲人到混凝土內部，導致鋼筋鈍化膜受到破壞而產生銹蝕[4]。因此如何解決在超長結構中混凝土中的裂縫是目前關注的焦點。

傳統大型航站樓混凝土常采用后澆帶法，來控制結構裂縫。但是后澆帶法缺點在于，雖然后澆帶法能有效控制裂縫，但是其施工工期較長，澆筑時容易導致混凝土存在質量風險等問題[5]。針對后澆帶法的不足，在大型航站樓混凝土施工過程中出現了"跳倉法"。采用"跳倉法"無縫施工技術能有效克服"后澆帶法"施工所帶來的問題，能在保證施工質量的同時實現快速施工[6]。目前，跳倉法的施工技術還比較粗糙，沒有形成成套技術體系，并且也沒有出臺相關的國家技術標準。跳倉法通常主要應用在地下室等結構中，北京市出臺了針對地下結構的地方標準 DB11/T1200-2015《超長大體積混凝土結構跳倉法技術規程》。

針對目前跳倉法在大型航站超長結構中應用較少的情況下，本項目分別進行了補償收縮混凝土技術的相關研究，以及補償收縮混凝土在天府機場超長結構"跳倉法"施工技術研究，為大型航站樓超長結構補償收縮混凝土的推廣應用提供了科學依據。

1工程概況

成都天府國際機場 T1、T2航站樓平面均采用"T"字型布局，分為 D區大廳及 A區，B區，C區3條指廊，其間由伸縮縫兼防震縫分開。本項目主要以 D區大廳為例，其中 D區大廳平面尺寸為522 mx107 m（最窄處）～324 m，屬于典型的超長結構體系，如圖1所示。

2跳倉法施工

本項目采用王鐵夢提出的"跳倉法"的思路。通過將整體建筑結構進行分倉澆筑，如圖2所示。不相鄰的分倉可以同時開始施工，減少了澆筑時間，控制混凝土的收縮。相鄰倉區的澆筑時間差至少控制在7天以上，分倉的大小設計在40 m范圍內，避免混凝土早期收縮導致的裂縫風險。

3原材料

3.1水泥

水泥前期的水化放熱是導致混凝土早期升溫的最主要原因，通過選擇合適的水泥品種，用于控制混凝土內部溫度，以減小混凝土收縮。因此本項目選用水化熱較低的 P·042.5普通硅酸鹽水泥，其3天水化熱不大于240 kJ/kg，7天水化熱不大于270 kJ/kg，水泥中鋁酸三鈣（C3 A）含量小于8%，能有效控制水化放熱。

3.2粉煤灰

粉煤灰可以減少混凝土中水泥用量，降低早期放熱，并且提高混凝土工作性與耐久性。本項目選用的粉煤灰為風選 I粉煤灰，需水量比為95%，有效降低了混凝土的需水量，提高混凝土工作性能。

3.3膨脹劑

本項目采用鎂質膨脹劑，鎂質膨脹劑是一種新型膨脹劑，其主要成分為 Mg0。鎂質膨脹劑的反應原理是：Mg0水化生成 Mg（0H）2晶體，并在局部區域內生長發育，使硬化漿體產生膨脹;其中膨脹來自 Mg（0H）2晶體吸水膨脹力和結晶生長壓力;早期膨脹的主要驅動力主要來自于吸水膨脹力，后期則主要來自于結晶的生長壓力，體積可增加0.94-1.24倍。

3.4外加劑

外加劑可以降低混凝土水灰比，減少水化放熱量，提高混凝土密實性與耐久性。本項目針對補償收縮混凝土性能指標以及結構設計要求，采用高性能專用外加劑。

3.5砂石

本項目主要采用優質機制砂石作為原材料。其中粗骨料選用5-31.5 mm碎石，碎石級配合理，壓碎值小，硬度高，含泥量低。機制砂選用二區中砂，級配合理，含泥量低。

4補償收縮混凝土

4.1配合比設計

混凝土配合比設計的原則是在保證抗壓強度滿足要求的條件下，盡量減小水泥用量與用水量2個方面，以減小混凝土的溫度收縮與干燥收縮，提高耐久性，并根據現場施工條件、當地原材料性能、施工時外界環境條件，確定施工所需的混凝土工作性能，主要是混凝土的坍落度、擴展度等方面。同時根據設計單位對高耐久補償收縮混凝土的要求說明，本次使用60天抗壓強度作為驗收依據。

根據現行技術規范JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》和施工圖總說明對高耐久性補償收縮混凝土的要求，根據拌合物性能和強度，通過調整膠凝體系、摻合料摻量、用水量、減水劑摻量的試配過程，并通過大體積混凝土熱工計算，同時根據試驗室試配情況，形成 C40混凝土初步配合比，如表1所示。

4.2抗壓強度性能

圖3為同條件養護下膨脹劑對未配筋與配筋混凝土抗壓強度的影響。其中 M0為未摻膨脹劑的混凝土， M1為摻8%質量分數膨脹劑的混凝土。試驗結果表明，在未配筋條件下，膨脹劑的摻入降低了混凝土7天與28天抗壓強度，但是提高了60天抗壓強度。在配筋條件下，混凝土抗壓強度增強，但是膨脹劑的摻入時，混凝土不同齡期的抗壓強度明顯降低。雖然在配筋條件下，膨脹劑降低了混凝土的抗壓強度，但其7天抗壓強度達到52 MPa以上，28天抗壓強度達到64 MPa以上，60天抗壓強度達到69 MPa以上，符合混凝土設計標準。

4.3收縮試驗

圖4同條件膨脹劑對未配筋與配筋混凝土收縮性能的影響。試驗結果表明在未配筋條件下，膨脹劑的摻入降低了混凝土的應變值。在配筋條件下，混凝土應變值小于未配筋混凝土應變值，同樣膨脹劑的摻入明顯降低了混凝土的應變值。這是由于在配筋情況下，混凝土收縮收到鋼筋的限制。當摻入膨脹劑后，膨脹劑的膨脹抵消了混凝土的部分收縮，因此混凝土應變值降低。膨脹劑的摻入可以有效降低混凝土的收縮。

4.4縮尺試驗

本實驗按與實際工程1：2的縮尺比例在實體進行混凝土澆筑，并通過預埋振弦式應變計于試樣內，測試混凝土的應變情況。圖5為縮尺試驗膨脹劑與配筋條件下混凝土收縮性能的變化。試驗結果表明，普通混凝土的應變值是先減小后增大。當摻入膨脹劑時，雖然混凝土的應變值變化趨勢與普通混凝土類似，但是其在不同齡期下，應變值大幅度降低。膨脹劑可以改善混凝土的收縮情況。摻膨脹劑混凝土在配筋條件下的應變值低于未配筋條件。因此得出結論，膨脹劑與配筋均可以改善混凝土的收縮情況。

5混凝土施工情況

5.1澆筑方法

混凝土澆筑過程中，底板與梁板混凝土的澆筑順序采取分倉進行，相鄰倉的澆筑間隔時間不應少于7天。混凝土的澆筑法包括分層布料、分層振搗、斜坡推進法施工，即混凝土大斜坡推進法施工，如圖6所示。澆筑過程中，澆筑范圍至少達到3 m以上，澆筑厚度為0.5 m，澆筑后需在澆筑部位的坡腳、中心以及表面設置3個振搗點以保證混凝土得到充分振搗;且每次振搗時間需要控制在10 s左右，如果表面存在泌水需要將泌水排除;在混凝土振搗完畢后，用方直刮杠根據設計控制高度對混凝土進行首次刮平，并且去除表面多余的浮漿;在首次振搗的2～3 h 后再次進行振搗，并且用刮杠再一次進行刮平;在混凝土接近終凝時，最后用抹光機對混凝土進行二次抹平。

5.2混凝土養護

養護是保證混凝土的質量的重要方法之一。本工程主要采用噴淋養護，并結合人工覆膜或灑水養護進行養護。混凝土早期養護尤為作用，本項目針對不同齡期、不同部位進行不同養護方式。在3天齡期內，1天至少養護12次，間隔時間建議為2 h;3天齡期后，可以1天養護4次，間隔時間建議為6 h，且至少養護14天。并且在3天齡期前，每夜應進行噴淋養護不少于2次。在針對有些結構部分無法使用噴淋養護，至少要采用人工覆膜和灑水養護2種方式的1種進行養護，灑水養護方式可參照噴淋養護。通過適當的養護保證了混凝土的質量，并且灑水或噴淋養護可以保證膨脹劑在早期得出充分的反應，減小混凝土的早期收縮。

5.3實體監測結果

通過前期縮尺試驗已驗證了膨脹劑與配筋能夠限制混凝土的收縮。為進一步確保跳倉法施工過程中，補償收縮混凝土的應變值符合設計要求。因此在施工過程中，本項目選取了 D區中一段梁，并事先在梁內部布置應變計，監測實體結構內部應力變化情況。

試驗結果如圖7所示，通過對實體結構應變值的檢測，其受到的應力先增大后減小，最終達到恒值。通過峰值可以看出，實體結構所受到應力小于3 MPa，符合設計要求。通過實體檢測再次驗證了前期試驗結果，證明了在天府機場超長結構中補償收縮混凝土的可行性與技術控制。

6結論

（1）跳倉法分倉相互獨立，不相鄰的分倉可以同時施工;相鄰倉位之間混凝土澆筑間隔不少于7天;分倉的長度及寬度控制在40 m 內。

（2）膨脹劑的摻入降低了混凝土的抗壓強度，但配筋條件下，混凝土抗壓強度增強。膨脹劑的摻入彌補了混凝土的部分收縮，并且配筋也減小混凝土的收縮。

（3）實體結構應力監測結果表明，測點的應力值先增大后減小，最大值小于3 MPa。

參考文獻

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[6]龐程程，付敏，王剛，等.大型國際航站樓超長，大體積混凝土結構的跳倉法施工技術[J].建筑施工， 2020， 42（7）：3.