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高强度大体积混凝土施工技术研究

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：李梦林

[导读] 摘要：在大体积混凝土施工中，由于水化热引起混凝土浇筑体内部温度剧烈变化，使混凝土浇筑体早期塑性收缩和混凝土硬化过程中的收缩增大，易导致混凝土浇筑体和构件出现裂缝，进而降低混凝土构件的承载能力、耐久性和防水性能，影响工程质量，本文以天津诺德金融大厦项目为例，重点对高强度大体积混凝土配合比设计及裂缝控制进行探究，阐述高强度大体积混凝土施工技术。

        中铁建工集团有限公司北京 100071
        摘要：在大体积混凝土施工中，由于水化热引起混凝土浇筑体内部温度剧烈变化，使混凝土浇筑体早期塑性收缩和混凝土硬化过程中的收缩增大，易导致混凝土浇筑体和构件出现裂缝，进而降低混凝土构件的承载能力、耐久性和防水性能，影响工程质量，本文以天津诺德金融大厦项目为例，重点对高强度大体积混凝土配合比设计及裂缝控制进行探究，阐述高强度大体积混凝土施工技术。
        关键词：高强度大体积混凝土；配合比设计；施工技术
        1工程概况
        天津诺德金融大厦为滨海新区于家堡金融区地标性建筑，建成后为于家堡金融区最高楼。主要设计功能为5A甲级写字楼，建筑高度299.7米。塔楼结构采用巨型框架+次框架+伸臂桁架+钢筋混凝土核芯筒剪力墙结构形式，见图一所示。其中外框巨柱在L11、L25、L39、L53层截面尺寸依次减小，底层巨柱截面为2500×3500，顶层巨柱截面为1500×2500，标准层层高为4.5m，混凝土强度设计等级C70，泵送混凝土，泵送高度高达300m。

        （a）整体结构（b）混凝土核芯筒+伸臂桁架（c）巨型框架（d）次框架
        图1 塔楼结构示意图
        2配合比设计
        2.1原材料选择原则
        （1）选择高性能混凝土用水泥时，在保证现场混凝土和易性的前提下，尽可能提高混凝土掺合料及骨料的含量，减小单位体积用水量，进而减小混凝土水化热。
        （2）掺合料选用具有一定活性的矿物掺和料，即在混凝土内掺加一定量的Ⅰ级磨细粉煤灰或磨细矿粉，在混凝土中加入适量磨细矿粉或具有一定活性的Ⅰ级磨细粉煤灰取代一部分水泥，不但可以降低单方水泥的水化热防止出现温度裂缝，还可以改善混凝土的施工性能，增大混凝土的密实度，提高混凝土耐久性。加入掺合料还可以降低拌合物中的C3A的浓度和碱的浓度，减少混凝土拌合物的泌水现象和坍落度损失，抑制混凝土中的碱-骨料反应。
        （3）掺加缓凝型高性能减水剂。使用前，应进行外加剂与水泥、掺合料的相容性试验，缓凝型高性能减水剂、缓凝剂等外加剂的掺量需考虑水泥的凝结硬化时间、运输距离以及混凝土和易性的要求，在满足现场施工条件的前提下，掺加适量减水剂，有助于减少混凝土单位体积用水量，降低水化热。
        2.2水泥的选用
        水泥水化热控制是大体积产生裂缝的主要原因，因此，在进行混凝土配合比设计时应优先选用水化热较低的通用硅酸盐水泥，控制其3d的水化热不宜大于240kJ/kg，7d的水化热不宜大于270kJ/kg。
        水泥进场时要对其强度、安定性、凝结时间、水化热等性能指标进行复检。
        2.3骨料的选择
        细骨料选用应采用中砂，细度模数宜大于2.3，含泥量不应大于3%，本工程选用的细骨料为产自绥中的天然河沙，颗粒级配良好，细度模数2.7、含泥量0.8%的Ⅱ区中砂。
        粗骨料选用产自玉田的卵碎石，连续级配，公称直径5-25mm，最大粒径26.5mm，且碎石最大粒径小于钢筋最小净距的3/4，含泥量0.3%，针片状颗粒含量5%。碎石质地坚硬、压碎值小、含泥量低、压碎指标小等特点
        2.4掺合料的选择
        本工程混凝土掺合料为矿渣粉和粉煤灰，所用粉煤灰和粒化高炉矿渣粉。其中矿渣粉品种为S95级，粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰。其性能指标见表1、表2。
        表1 矿粉性能表

表2 粉煤灰性能表

        2.5外加剂的选择
        外加剂选用西卡中国有限公司的1210型缓凝型高性能减水剂，减水率27%，与混凝土相容性良好，减水率高。以及奥斯麦特科技有限公司生产的硅灰，含水率0.4%，烧失量1.6%，需水量108%，活性指数（7d快速法）122%。
        2.6配合比选取
        根据适配结果，选取C70混凝土配合比如表3。
        表3 C70配合比一览表             kg/m3

        3大体积混凝土施工
        3.1混凝土浇筑
        在浇筑过程中，混凝土振捣是一个重要环节，一定要严格按操作规程操作，做到快插慢拔，快插是为了防止上层混凝土振实后而下层混凝土内气泡无法排出，慢拔是为了能使混凝土能填满棒所造成的空洞。插点要均匀排列，逐点移动，顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实。移动间距不大于振捣作用半径的1.5倍（一般为30~ 40cm）。振捣上一层时应插入下层5cm，以消除两层间的接缝。在振捣过程中，振捣棒略上下抽动，使混凝土振捣密实，插点要均匀，插点之间距离控制在50cm。采用单一的行列形式，不要与交错式混用，以免漏振，振捣点时间要掌握好，不要过长，也不要过短，一般控制在20~30s之间，直至混凝土表面泛浆，不出现气泡，混凝土不再下沉为止。在振捣时振捣器不得碰撞钢筋、模板和预埋件。
        混凝土的二次振捣法。对于浇筑后开始凝固的混凝土，在适当时期内给予再次振捣，会给密实度和强度带来良好的影响。初凝后，是要混凝土仍保持一定的塑性，混凝土经二次振捣对混凝土强度不但不会影响，而且强度还会有一定的提高，一般可期望使抗压强度增加10%~20%，混凝土与钢筋的握裹力提高30%以上。再振捣的时间要掌握好，恰当的时间是混凝土已经开始凝固，经振捣尚能恢复到塑性状态，尚不至于在混凝上中留下振捣器孔穴的时间。一般是在混凝土浇筑后的4h左右较适宜。特别要注意：混凝土已经初凝后再振捣，则会因混凝土内部水泥石的晶体结构道到破坏，而降低混凝土的强度。
        3.2混凝土养护
        为防止内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝，养护工作极为重要，应采取保温、保湿养护法，在每次混凝土浇筑完毕后，除应按普通混凝土进行常规养护外，尚应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。
        柱子混凝土养护采用外包裹1层塑料薄膜，保湿养护。混凝土表面不便浇水或使用塑料布养护时，宜涂刷保护层（如薄膜养护液），防止混凝土内部水分散失。
        3.3混凝土测温
        在大体积混凝土施工过程中，温度监控是非常重要的工作内容，通过对大体积混凝土构件的温度监测，可以更好地掌握大体积混凝土的温度变化情况，以便采取有效措施控制大体积混凝土温度，保证混凝土施工质量。
        主楼巨柱共布置16个测温点，对称布置，测温元件采用测温系统采用HC-TW20无线大体积测温系统，见图2；测温元件测量位置处于结构表面下50mm处以及巨柱中部。混凝土从入模开始至达到受冻临界强度之前，每天测温四次，达到受冻临界强度之后，每天测两次。巨柱测温点布置图见图3。

        图2 HC-TW20无线大体积测温系统     图3 巨柱测温点布置图
        4结语
        在超高层建筑施工过程中，高强度大体积混凝土施工质量往往是混凝土施工质量控制的重中之重，本文以天津诺德金融大厦工程为例，主要从高强度大体积混凝土配合比设计、混凝土浇筑、养护及温度控制等几个方面进行阐述，明确了高强度大体积混凝土的施工要点。
        参考文献：
        [1]宋悦建.大体积混凝土温度控制和裂缝防治技术[J].工程技术研究，2017（02）：38-39.
        [2]王雪艳，王士革.大体积混凝土施工与温度控制技术[J].建筑安全，2017，32（02）：30-32.