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摘要: 泵送混凝土越来越广泛地应用于高层建筑工程中，泵送混凝土的配合比除了要满足设计强度和经济性之外， 还要具有良好的流动性和粘聚性，对于大体积混凝土还要考虑设法降低混凝土的水化热。本文结合工程实例大体积混凝土施工, 通过合理的配合比设计、控制混凝土的出机和浇筑温度, 并采用自然流淌形成斜坡混凝土的浇筑方法及相应技术措施控制其内外温差, 养护后底板混凝土质量良好。
关键词: 大体积混凝土；配合比；质量控制
Abstract: The pumping of concrete is more and more widely used in the high-rise building construction, pumping concrete mix in addition to meet the design strength and economy, but also has good fluidity and cohesion, for large volume concrete but also consider trying to reduce concrete hydration heat. This article unifies the project example of large volume concrete construction, through reasonable proportioning design, control the concrete machine and pouring temperature, and using the natural flow forms a slope concrete pouring method and corresponding technical measures to control the temperature difference between inside and outside, curing the concrete at the bottom of good quality.
Key words: mass concrete; mixture ratio; quality control
中圖分类号：TU377 文献标识码：文章编号：
本工程为一幢地上38 层, 地下2 层, 总高158m 的超高层大型综合楼, 总建筑面积56488m2,采用内筒外框密肋梁楼板结构, 由笔者公司承建。
本工程片筏基础采用H 型钢桩, 底板为超厚大体积混凝土, 塔楼和裙楼部分底板厚度分别为2.9m和1.5m, 采用后浇带分隔, 总体积为6611m3。采用一次性浇筑, 要确保大体积混凝土的质量, 除了满足强度等级、抗渗要求及内实外光等混凝土的常规要求外, 关键在于严格控制混凝土硬化过程中因水化热而引起的内外温差, 以防止出现混凝土裂缝。本文介绍本工程施工中采取的一些主要技术措施。
1混凝土配合比的确定
本工程底板设计采用C35、S6 混凝土, 要同时满足强度和抗渗要求, 关键是大体积混凝土各层间温度差产生的应力( 最大温度收缩应力) 应小于同一时间混凝土的抗拉强度。根据这些要求, 针对降低水化热的问题, 我们进行了大量的试验工作, 选用了不同的水泥、掺合剂、外加剂进行了试验。
一般情况下, 大体积混凝土施工最常选用的是32.5R 或42.5R 矿渣硅酸盐水泥, 因它们标号低, 故水化热相对较少, 但本地供应的这些水泥均为立窑生产的, 质量不稳定, 收缩率大。而粤珠牌52.5R 硅酸盐水泥采用转窑生产, 质量稳定, 早期强度高, 收缩率小, 只是水化热比42.5R 水泥稍高, 经大量的计算和试验, 我们决定采用该水泥, 并通过掺加UEA膨胀剂、二级磨细粉煤灰和缓凝高效泵送剂, 尽量减少水泥用量, 从而达到降低水泥水化热峰值并推迟其到来时间的目的。通过多方考虑研究比较, 最后决定采用表1 的混凝土配合比。
表1 底板大体积混凝土(C35、S6) 设计配合比
注) 采用52.5R 硅酸盐水泥、中砂和f 10～f 20 碎石, 坍落度13cm。
表1 中的UEA 掺料为硫铝酸钙型微膨胀剂, 它具有以下特点: ①改善混凝土的孔结构, 使总孔隙率减少, 毛细孔径减小, 从而提高混凝土的抗渗强度；②改善混凝土的应力状态, 膨胀能转变为自应力, 使混凝土处于受压状态, 从而提高混凝土的抗裂性能；③取代部分水泥后能提高混凝土的强度, 在保持混凝土强度不变的情况下, 可节省水泥用量, 从而大幅降低混凝土的绝对温度, 减少温度裂缝的危害； ④改善混凝土拌合物的和易性和可靠性, 避免离析和提高保水性能。
对其它材料我们均按规范要求进行严格的控制, 对所确定的配合比还进行了抗渗试验, 4 个试样未出渗时的最大水压为1MPa, 达到了设计抗渗强度。
2混凝土搅拌及温度控制
2.1 混凝土搅拌及输送
本工程混凝土采用现场搅拌和泵送施工, 根据Q=1.1hlb t=1.1×0.5×12×42÷6=46.2m3, 为防止各方向的浇筑层之间搭接时间差超出混凝土的初凝时间, 形成施工冷缝, 混凝土供应量必须达到46m3 h。因此我们在现场设置了2 台SHC- 57 型混凝土输送泵, 最大泵送量为50m3 h, 由东向西一次性浇筑, 日浇筑量达1000m3, 混凝土浇筑总用时仅158h, 有效地防止了冷缝的产生。
2.2 出机温度控制
为了降低混凝土的总温升值, 减小结构的内外温差, 控制拌和温度和浇筑温度同样重要。在混凝土原材料中, 石子的比热较小, 但单方混凝土中所占的重量较大, 水的比热最大, 但其重量在单方混凝土中占很小部分, 因此对混凝土拌和温度影响最大的是石子和水的温度, 砂次之, 水泥温度影响最小。
本工程底板施工在3 月中下旬, 白天环境温度最高为30℃, 为了进一步降低混凝土的拌和温度, 我们在搅拌站设置了一台冷水机, 制备的冷水温度约为15℃, 并用自来水冲洗碎石降温, 通过实测各原材料的温度和混凝土的出机温度与预先计算控制的拌和温度20℃非常接近, 由于入模温度较低, 因此有效地降低了混凝土的总温升。
2.3 浇筑温度控制
为了控制浇筑温度, 我们尽量缩短混凝土的运输时间, 将搅拌机出料口直接搁置到混凝土输送泵的搅拌槽顶, 及时供料, 泵管用麻袋和多层湿润水泥袋包裹以防日晒而升温, 输送泵和搅拌台全部搭棚以防阳光照射, 通过采取上述措施, 现场测定混凝土浇筑温度为22℃。
3 大体积混凝土的浇筑
3.1 浇筑方法
本工程地下室底板设后浇缝将塔楼和裙楼分开, 其中塔楼部分面积最大, 为42m×38m=1596m2,厚2.9m, 底板的纵横长度均超过厚度的3 倍, 故混凝土采用斜面分层法进行浇筑。采用2 台输送泵,采取“由东向西, 一次浇筑, 一个坡度, 薄层覆盖, 循序推进, 一次到顶”的方法, 该自然流向形成斜坡混凝土的浇筑方法, 能较好地适应泵送工艺, 输送管道不需经常拆洗和接长, 可提高泵送效率, 简化混凝土的泌水处理, 保证上、下层浇筑间隔不超过初凝时间。
3.2 振捣
根据混凝土泵送时自然形成坡度的实际情况,在每个浇筑带的前、后布置2 道振动器( 如圖1) , 分别布置在混凝土的卸料点和坡角处, 其目的是解决混凝土上部和下部的密实。为防止混凝土集中堆积, 先振捣出料口处的混凝土, 形成自然流淌坡度, 再全面振捣, 严格控制振捣时间、移动间距和插入深度。
图1 混凝土浇筑及振捣示意图
3.3 泌水的处理
由于底板结构厚度较大及泵送混凝土流动性较高, 在浇筑和振捣的过程中, 上涌的泌水和浮浆将顺着混凝土坡面下流至坑底。为此, 施工前我们先在基坑四周基础垫层下留设4 个集水坑并配置潜水泵,以便泌水顺着混凝土垫层流向集水坑, 再通过集水坑内的潜水泵向坑外排出。
当混凝土大坡面脚接近顶端模板时, 改变混凝土的浇筑和抽水方法, 从侧模端头开始下料和浇筑,形成与原浇筑方向相反的斜坡, 并逐渐推进, 与原斜坡相交成一个集水坑, 将泵抬高, 抽出逐步缩小水潭中的泌水, 如图2 所示。
图2 泌水处理示意图
3.4 表面处理
由于泵送混凝土表面水泥浆较厚, 故在浇筑后2～8h 初步按标高用长刮尺刮平, 再用木槎板反复搓压数遍, 使其表面密实, 初凝前再用铁滚筒碾压数遍, 并用铁槎板压光, 以较好地控制混凝土表面龟裂, 减少混凝土表面水分散发, 促进了养护。
3.5 养护
为防止内外温差过大, 使温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝, 养护工作尤其重要, 我们采取的是保温、保湿养护法。先在混凝土表面覆盖单层SP- 70 系列模板, 以混凝土达到初凝为宜, 其目的是利用模板框与混凝土表面架空层内的空气保温, 然后在模板面上加盖一屋塑料编织布, 既可防止水分蒸发, 又隔离了较低温度的雨水对模板的直接影响, 同时又使表面已升高的温度不易散发, 有效地缩小了内外温差。混凝土需补充水分时, 只需在模板与底板之间浇水和覆盖, 经14d 的养护, 混凝土质量很好, 表面光滑密实, 达到验收规范的要求。
4混凝土的测温
大体积混凝土温度控制是施工中的一个重要环节, 因此施工中我们注意做好温度监测工作, 包括浇筑前材料的原始温度、混凝土搅拌后的拌和温度、入模温度和浇筑温度、混凝土浇筑后不同龄期的内部中心温度和表面温度等数据的测试和记录, 为混凝土温度控制提供依据。
4.1 温度计的选择
根据现场实际情况和施工单位的设备条件, 决定采用接触式玻璃温度计进行测温, 电子温度计抽检复核。
4.2 测温点的布置
根据塔楼底板与裙楼底板厚度不同的情况, 我们以后浇缝分界, 把温控重点放在塔楼底板, 相应布置的测温点较密集, 裙楼底板也布置了一定数量的测温点, 整个底板共设测温点15 个, 如图3 所示。
图3基础底板测温管平面布置图
测温管用f 50 铁管加工而成, 混凝土浇筑前按测温点位置, 将测温管用拉结条与钢筋骨架焊接并预埋, 底部焊上铁板, 上口高出浇筑面20cm 并用木塞塞紧, 防止水分浸泡。测温管底部埋入深度按深层( 2.5m) 、中层( 1.5m) 、浅层( 0.5m) 共3 个位置设置。
4.3 测温
施工前根据施工配合比中各种材料的构成和拟定采取的保温措施, 计算得混凝土浇筑温度Tj=20℃,内部温升高峰期(t=3d) 水化热绝热温升T(t)=43.5℃,相同龄期( 3d) 混凝土内部的中心温度Tmax=64.68℃,表面温度Tb=54.4℃。
图4 测温曲线图
在混凝土施工过程中, 我们每隔4h 测量一次原材料、拌和物、冷却水的温度和环境气温, 浇筑温度则每隔1h～2h 测一次。混凝土浇筑后5d 内, 每2h 测一次, 以后每日早、午、晚各测一次, 连续30d, 并按要求如实填写测温记录表, 整理出测温曲线如图4。
5 几点体会
5.1 大体积底板混凝土工程量大, 技术复杂, 施工前必须编制详细的技术措施, 经业主、设计、监理、行业专家等严密论证后, 按技术要求精密组织施工。
5.2 地下室底板采用52.5R 硅酸盐水泥, 按超量代换的“三掺”工艺配制, 使混凝土和易性和可泵性良好, 流淌斜度约为1 ∶5, 未出现明显的泌水现象, 施工条件大为改善。从现场留置的试件看来, 用硅酸盐水泥配制的混凝土早期强度高, 在较短龄期即具备了一定的抗裂能力, 足以承受降温而出现的温差应力, 因此只要配合比选择合理, 高强度硅酸盐水泥是可以配制大体积混凝土的。
5.3 合理控制温差可以缩短混凝土的保温期, 在混凝土灌注初期, 内部温度尚低而不需急于保温, 当其内部逐渐升温至内外温差接近25℃时才开始保温,然后始终根据测温结果, 逐步增减保温层, 保持温差在25℃左右, 并使混凝土内部温度尽快散发, 直至内部温度与大气温度之差<25℃时, 便拆除保温层。
5.4 控制工程总进度, 尽量避免在天气寒冷时施工大体积混凝土, 本工程底板浇捣时间在3 月中旬, 天气变化曲线与混凝土温度变化曲线基本一致, 对控制混凝土温差相当有利。
5.5 本底板经过几年的使用及现场观测, 未出现有害裂缝, 说明采取的上述技术措施是可行的。
参考文献
[1] 叶琳昌, 沈义. 大体积混凝土施工. 北京: 中国建筑工业出版社, 1987.
关键词: 大体积混凝土；配合比；质量控制
Abstract: The pumping of concrete is more and more widely used in the high-rise building construction, pumping concrete mix in addition to meet the design strength and economy, but also has good fluidity and cohesion, for large volume concrete but also consider trying to reduce concrete hydration heat. This article unifies the project example of large volume concrete construction, through reasonable proportioning design, control the concrete machine and pouring temperature, and using the natural flow forms a slope concrete pouring method and corresponding technical measures to control the temperature difference between inside and outside, curing the concrete at the bottom of good quality.
Key words: mass concrete; mixture ratio; quality control
中圖分类号：TU377 文献标识码：文章编号：
本工程为一幢地上38 层, 地下2 层, 总高158m 的超高层大型综合楼, 总建筑面积56488m2,采用内筒外框密肋梁楼板结构, 由笔者公司承建。
本工程片筏基础采用H 型钢桩, 底板为超厚大体积混凝土, 塔楼和裙楼部分底板厚度分别为2.9m和1.5m, 采用后浇带分隔, 总体积为6611m3。采用一次性浇筑, 要确保大体积混凝土的质量, 除了满足强度等级、抗渗要求及内实外光等混凝土的常规要求外, 关键在于严格控制混凝土硬化过程中因水化热而引起的内外温差, 以防止出现混凝土裂缝。本文介绍本工程施工中采取的一些主要技术措施。
1混凝土配合比的确定
本工程底板设计采用C35、S6 混凝土, 要同时满足强度和抗渗要求, 关键是大体积混凝土各层间温度差产生的应力( 最大温度收缩应力) 应小于同一时间混凝土的抗拉强度。根据这些要求, 针对降低水化热的问题, 我们进行了大量的试验工作, 选用了不同的水泥、掺合剂、外加剂进行了试验。
一般情况下, 大体积混凝土施工最常选用的是32.5R 或42.5R 矿渣硅酸盐水泥, 因它们标号低, 故水化热相对较少, 但本地供应的这些水泥均为立窑生产的, 质量不稳定, 收缩率大。而粤珠牌52.5R 硅酸盐水泥采用转窑生产, 质量稳定, 早期强度高, 收缩率小, 只是水化热比42.5R 水泥稍高, 经大量的计算和试验, 我们决定采用该水泥, 并通过掺加UEA膨胀剂、二级磨细粉煤灰和缓凝高效泵送剂, 尽量减少水泥用量, 从而达到降低水泥水化热峰值并推迟其到来时间的目的。通过多方考虑研究比较, 最后决定采用表1 的混凝土配合比。
表1 底板大体积混凝土(C35、S6) 设计配合比
注) 采用52.5R 硅酸盐水泥、中砂和f 10～f 20 碎石, 坍落度13cm。
表1 中的UEA 掺料为硫铝酸钙型微膨胀剂, 它具有以下特点: ①改善混凝土的孔结构, 使总孔隙率减少, 毛细孔径减小, 从而提高混凝土的抗渗强度；②改善混凝土的应力状态, 膨胀能转变为自应力, 使混凝土处于受压状态, 从而提高混凝土的抗裂性能；③取代部分水泥后能提高混凝土的强度, 在保持混凝土强度不变的情况下, 可节省水泥用量, 从而大幅降低混凝土的绝对温度, 减少温度裂缝的危害； ④改善混凝土拌合物的和易性和可靠性, 避免离析和提高保水性能。
对其它材料我们均按规范要求进行严格的控制, 对所确定的配合比还进行了抗渗试验, 4 个试样未出渗时的最大水压为1MPa, 达到了设计抗渗强度。
2混凝土搅拌及温度控制
2.1 混凝土搅拌及输送
本工程混凝土采用现场搅拌和泵送施工, 根据Q=1.1hlb t=1.1×0.5×12×42÷6=46.2m3, 为防止各方向的浇筑层之间搭接时间差超出混凝土的初凝时间, 形成施工冷缝, 混凝土供应量必须达到46m3 h。因此我们在现场设置了2 台SHC- 57 型混凝土输送泵, 最大泵送量为50m3 h, 由东向西一次性浇筑, 日浇筑量达1000m3, 混凝土浇筑总用时仅158h, 有效地防止了冷缝的产生。
2.2 出机温度控制
为了降低混凝土的总温升值, 减小结构的内外温差, 控制拌和温度和浇筑温度同样重要。在混凝土原材料中, 石子的比热较小, 但单方混凝土中所占的重量较大, 水的比热最大, 但其重量在单方混凝土中占很小部分, 因此对混凝土拌和温度影响最大的是石子和水的温度, 砂次之, 水泥温度影响最小。
本工程底板施工在3 月中下旬, 白天环境温度最高为30℃, 为了进一步降低混凝土的拌和温度, 我们在搅拌站设置了一台冷水机, 制备的冷水温度约为15℃, 并用自来水冲洗碎石降温, 通过实测各原材料的温度和混凝土的出机温度与预先计算控制的拌和温度20℃非常接近, 由于入模温度较低, 因此有效地降低了混凝土的总温升。
2.3 浇筑温度控制
为了控制浇筑温度, 我们尽量缩短混凝土的运输时间, 将搅拌机出料口直接搁置到混凝土输送泵的搅拌槽顶, 及时供料, 泵管用麻袋和多层湿润水泥袋包裹以防日晒而升温, 输送泵和搅拌台全部搭棚以防阳光照射, 通过采取上述措施, 现场测定混凝土浇筑温度为22℃。
3 大体积混凝土的浇筑
3.1 浇筑方法
本工程地下室底板设后浇缝将塔楼和裙楼分开, 其中塔楼部分面积最大, 为42m×38m=1596m2,厚2.9m, 底板的纵横长度均超过厚度的3 倍, 故混凝土采用斜面分层法进行浇筑。采用2 台输送泵,采取“由东向西, 一次浇筑, 一个坡度, 薄层覆盖, 循序推进, 一次到顶”的方法, 该自然流向形成斜坡混凝土的浇筑方法, 能较好地适应泵送工艺, 输送管道不需经常拆洗和接长, 可提高泵送效率, 简化混凝土的泌水处理, 保证上、下层浇筑间隔不超过初凝时间。
3.2 振捣
根据混凝土泵送时自然形成坡度的实际情况,在每个浇筑带的前、后布置2 道振动器( 如圖1) , 分别布置在混凝土的卸料点和坡角处, 其目的是解决混凝土上部和下部的密实。为防止混凝土集中堆积, 先振捣出料口处的混凝土, 形成自然流淌坡度, 再全面振捣, 严格控制振捣时间、移动间距和插入深度。
图1 混凝土浇筑及振捣示意图
3.3 泌水的处理
由于底板结构厚度较大及泵送混凝土流动性较高, 在浇筑和振捣的过程中, 上涌的泌水和浮浆将顺着混凝土坡面下流至坑底。为此, 施工前我们先在基坑四周基础垫层下留设4 个集水坑并配置潜水泵,以便泌水顺着混凝土垫层流向集水坑, 再通过集水坑内的潜水泵向坑外排出。
当混凝土大坡面脚接近顶端模板时, 改变混凝土的浇筑和抽水方法, 从侧模端头开始下料和浇筑,形成与原浇筑方向相反的斜坡, 并逐渐推进, 与原斜坡相交成一个集水坑, 将泵抬高, 抽出逐步缩小水潭中的泌水, 如图2 所示。
图2 泌水处理示意图
3.4 表面处理
由于泵送混凝土表面水泥浆较厚, 故在浇筑后2～8h 初步按标高用长刮尺刮平, 再用木槎板反复搓压数遍, 使其表面密实, 初凝前再用铁滚筒碾压数遍, 并用铁槎板压光, 以较好地控制混凝土表面龟裂, 减少混凝土表面水分散发, 促进了养护。
3.5 养护
为防止内外温差过大, 使温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝, 养护工作尤其重要, 我们采取的是保温、保湿养护法。先在混凝土表面覆盖单层SP- 70 系列模板, 以混凝土达到初凝为宜, 其目的是利用模板框与混凝土表面架空层内的空气保温, 然后在模板面上加盖一屋塑料编织布, 既可防止水分蒸发, 又隔离了较低温度的雨水对模板的直接影响, 同时又使表面已升高的温度不易散发, 有效地缩小了内外温差。混凝土需补充水分时, 只需在模板与底板之间浇水和覆盖, 经14d 的养护, 混凝土质量很好, 表面光滑密实, 达到验收规范的要求。
4混凝土的测温
大体积混凝土温度控制是施工中的一个重要环节, 因此施工中我们注意做好温度监测工作, 包括浇筑前材料的原始温度、混凝土搅拌后的拌和温度、入模温度和浇筑温度、混凝土浇筑后不同龄期的内部中心温度和表面温度等数据的测试和记录, 为混凝土温度控制提供依据。
4.1 温度计的选择
根据现场实际情况和施工单位的设备条件, 决定采用接触式玻璃温度计进行测温, 电子温度计抽检复核。
4.2 测温点的布置
根据塔楼底板与裙楼底板厚度不同的情况, 我们以后浇缝分界, 把温控重点放在塔楼底板, 相应布置的测温点较密集, 裙楼底板也布置了一定数量的测温点, 整个底板共设测温点15 个, 如图3 所示。
图3基础底板测温管平面布置图
测温管用f 50 铁管加工而成, 混凝土浇筑前按测温点位置, 将测温管用拉结条与钢筋骨架焊接并预埋, 底部焊上铁板, 上口高出浇筑面20cm 并用木塞塞紧, 防止水分浸泡。测温管底部埋入深度按深层( 2.5m) 、中层( 1.5m) 、浅层( 0.5m) 共3 个位置设置。
4.3 测温
施工前根据施工配合比中各种材料的构成和拟定采取的保温措施, 计算得混凝土浇筑温度Tj=20℃,内部温升高峰期(t=3d) 水化热绝热温升T(t)=43.5℃,相同龄期( 3d) 混凝土内部的中心温度Tmax=64.68℃,表面温度Tb=54.4℃。
图4 测温曲线图
在混凝土施工过程中, 我们每隔4h 测量一次原材料、拌和物、冷却水的温度和环境气温, 浇筑温度则每隔1h～2h 测一次。混凝土浇筑后5d 内, 每2h 测一次, 以后每日早、午、晚各测一次, 连续30d, 并按要求如实填写测温记录表, 整理出测温曲线如图4。
5 几点体会
5.1 大体积底板混凝土工程量大, 技术复杂, 施工前必须编制详细的技术措施, 经业主、设计、监理、行业专家等严密论证后, 按技术要求精密组织施工。
5.2 地下室底板采用52.5R 硅酸盐水泥, 按超量代换的“三掺”工艺配制, 使混凝土和易性和可泵性良好, 流淌斜度约为1 ∶5, 未出现明显的泌水现象, 施工条件大为改善。从现场留置的试件看来, 用硅酸盐水泥配制的混凝土早期强度高, 在较短龄期即具备了一定的抗裂能力, 足以承受降温而出现的温差应力, 因此只要配合比选择合理, 高强度硅酸盐水泥是可以配制大体积混凝土的。
5.3 合理控制温差可以缩短混凝土的保温期, 在混凝土灌注初期, 内部温度尚低而不需急于保温, 当其内部逐渐升温至内外温差接近25℃时才开始保温,然后始终根据测温结果, 逐步增减保温层, 保持温差在25℃左右, 并使混凝土内部温度尽快散发, 直至内部温度与大气温度之差<25℃时, 便拆除保温层。
5.4 控制工程总进度, 尽量避免在天气寒冷时施工大体积混凝土, 本工程底板浇捣时间在3 月中旬, 天气变化曲线与混凝土温度变化曲线基本一致, 对控制混凝土温差相当有利。
5.5 本底板经过几年的使用及现场观测, 未出现有害裂缝, 说明采取的上述技术措施是可行的。
参考文献
[1] 叶琳昌, 沈义. 大体积混凝土施工. 北京: 中国建筑工业出版社, 1987.