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摘要:近年来，大体积混凝土被广泛应用到建筑底板设计当中，但对于如何控制和防范大体积混凝土施工中的裂缝，仍然是应用中的一大难题。体积混凝土施工技术，有效保证了混凝土的质量，其施工经验值得类似工程参考。本文结合工程实例，从配合比设计、温度计算及温度控制等方面介绍了高层建筑基础底板大
关键词:基础底板；大体积混凝土；配合比设计；温差；温度控制
中图分类号： TV544+.91 文献标识码： A 文章编号：
随着高层建筑的不断出现，基础底板采用大体积混凝土技术也越来越多，并取得了一定效果。但和很多混凝土工程一样，大体积混凝土施工过程中会因水化热聚集在混凝土内部不易散发，使混凝土内外温差较大。内表温差、升降温变化会导致混凝土产生不均匀温度变形和温度应力，进而混凝土会出现裂缝。如果施工中不对温度加以控制，浇筑后极易出现裂缝，严重影响结构的安全和耐久性。因此，在实际应用中，对基础底板大体积混凝土施工技术提出了更高、更严格的要求。
1工程概况
某建筑工程为框架结构，地上11层、地下1层，建筑面积19172㎡，工程造价3000万元。由四周3～4层的裙房组成整个大楼。其中主楼的基础底板厚1.9m,沉降后浇带长46.5m,宽36.5m,基坑中间由四座客梯和一座消防电梯及一只集水坑组成一个大坑,共计混凝土浇筑量约3500m3。
大体积混凝土施工过程中会因水化热聚集在混凝土内部不易散发,造成内外温差、内部温差、温度陡降和干缩等,易导致混凝土开裂。为了控制结构裂缝,常用的做法有设置永久性施工缝、在混凝土中掺入膨胀剂或在混凝土中预设蛇形冷却水管等措施。本项目采用添加膨胀剂的方式,不设施工缝,也不采用预设冷却水管措施。为了保证主楼底板良好的受力性能和整体性,设计要求一次性连续浇筑混凝土。
2配合比设计
2.1原材料的选择
根据质量第一、货源稳定和供应能力强的原则,对各种原材料进行筛选,并确定了原材料供应商。
2.2设计配合比
(1)试配强度
根据多年从事商品混凝土生产经验,σ取5MPa,fcu,o≥fcu,k+1.645σ=43.3MPa,C35混凝土45d后期评定强度的试配强度确定为43.3MPa。
(2)掺和料取代率
为了减少水泥用量,降低混凝土水化热,延缓混凝土中心出现温度峰值的时间,并提高混凝土后期强度,我们采用矿粉和粉煤灰双掺法。矿粉取代水泥率选择20%～50%,粉煤灰取代水泥率选择15%～60%,超量系数取1.4,进行正交试验设计。
(3)配合比确定
表1 混凝土配合比( kg/m3)
经过系列配合比强度试验、膨胀剂专项试验、泵送减水剂专项试验后,综合考虑强度、抗渗性、耐久性及工作性能等多种因素,结合相关专家评审结论,最终确定底板混凝土配合比,见表1。
2.3混凝土浇筑块体的内外温差估算
(1)每立方米混凝土中胶凝材料,按水化热折算成水泥的用量:
Wh=Wc+kWf
=215+33+0.5×95+0.2×105
=316.5kg/m3
式中:Wh-每立方米混凝土中水泥折算用量(kg/m3)；
Wc-每立方米混凝土中水泥和膨胀剂实际用量之和(kg/m3)；
Wf-每立方米混凝土中粉煤灰或矿粉的实际用量(kg/m3)；
k-粉煤灰和矿粉的水化热折减系数.
(2)混凝土的出机温度:
T0=∑CiTi/∑CiWi
=[0.9(415×35+730×30+1005×30)+4.2×25×(173+6)]/[4.2×(173+6)+0.9(415+730+1005)]=29.3℃
式中:T0-混凝土的出机温度(℃)；
Ci-分别为水泥、各种矿物外加剂、砂、石、水的比热(kJ/kg·K),对水泥、各种矿物外加剂、砂、石一般取为0.9(kJ/kg·K),水的比热取为4.2(kJ/kg·K)；
Wi-分别为每立方米混凝土中水泥、各种矿物外加剂、砂、石、水的实际干重量(kg/m3)；Ti-分别为水泥、各种矿物外加剂、砂、石、水的入罐温度(℃)；
(3)混凝土的浇筑温度计算:
Tj=T0+T0ˊ=22℃+1℃=23℃
式中:Tj-混凝土浇筑温度(℃)；
T0ˊ-混凝土运输、泵送、浇筑时段的温度补偿值(℃)；
(4)混凝土最大绝热温升值计算:
Tr=WhQ0/cρ=316.5×350/(0.95×2380)=49℃
式中:Tr-混凝土最大绝热温升值(℃)；
Wh-每m3混凝土中的水泥用量(kg/m3)；
Q0-每kg水泥水化热总量(kJ/kg)；
C-混凝土的比热[kJ/(kg·K)]；
ρ-混凝土的密度(kg/m3)。
(5)混凝土内部实际最高温度计算:
Tmax=Tj+ξ·Tr=30.3℃+0.65×49℃=62℃
式中:0.65按板厚2m时Tt/Tmax与龄期t曲线得
Tmax-混凝土内部最高温度(℃)；
N-与水化热龄期、结构厚度、浇筑温度等有关的系数。
(6)混凝土保温层厚度的计算:
大楼基础工程拟采用混凝土表面铺一层不透风的薄膜,上面覆盖草袋的保温措施,草袋厚度计算如下:
ξ={0.5hλ(Tb-Ta)a}/{λc(Tmax-Tb)}
={0.5×1.9×0.14×(62-25-30)×2.0}/{2.3×(62-37)}
=0.032m
式中:ξ-保温材料的厚度(m)；
h-混凝土结构的厚度(m)；
λ-保温材料的导热系数[W/(m·K)]；
λc-混凝土的导热系数[W/(m·K)],可取2.3W/(m·K)；
Tb-混凝土表面温度(℃),可按Tb=Tmax-25取值；
Ta-混凝土达到Tmax(浇筑2～5d后)的大气平均温度(℃)；
a-传热修正系数。
设计要求:此配比按混凝土内外温差为25℃设计,施工单位必须确保保温层厚度≥0.032m才能保证混凝土内外温差≤25℃。
3施工准备
考虑到混凝土夏季施工,日平均气温已经达到30℃。为了控制混凝土的出机温度,我们做了充分的准备工作:
3.1原材料储备量
所有粉料料仓、外加剂桶仓、骨料料场在开盘前12h全部备满。其他小方量工程全部推迟到主楼底板大体积混凝土施工完毕后施工,确保各种原材料能连续供应。
3.2原材料温度控制
(1)与各种原材料供应商进行充分协商与沟通,避免刚出炉的高温粉料入厂,同时要求进料时间为20B00到第2天上午10B00,避免原材料在运输过程中由于太阳暴晒而升温。
(2)粗骨料场装多个多向洒水器,开盘前2h开始持续洒水,直到施工完毕。洒水覆盖面覆盖整个粗骨料场。
(3)往蓄水池中加入冰块。由专人负责看管蓄水池中冰块融化情况,定时测量入机水温,调整蓄水池中冰块的加入量。同时注意蓄水池中的水位不能太低,以免溶化变小的冰块直接冲入搅拌机中。
3.3混凝土性能试验
根据所确定的配合比,我们对混凝土拌合物的各个主要物理性能进行了试验。所有试验均按照国际及行业相关的标准进行。
(1)混凝土拌合物凝结时间和坍落度损失试验。我们根据理论配合比做了混凝土拌合物的凝结时间和坍落度损失试验,试验结果见图1。
图1 坍落度损失试验
由图可以看出,混凝土的初凝时间为12B15时,终凝时间为15B30时。该初凝时间完全可以保证施工作业面的覆盖(下层混凝土初凝前上层混凝土浇筑完毕)。另外,2h不到10%的坍落度损失率给泵送施工提供了极大的方便。
(2)混凝土可泵性试验。为确保混凝土在实际应用时泵送顺利,我们对该拌合物进行了压力泌水试验,泌水值在80～100m,l证明该混凝土具有良好的可泵性,实际施工性能良好。
4工程质量
4.1温度测量
(1)混凝土出机温度。通过对各种原材料的入机温度控制,混凝土的出机温度最高值是29.1℃,完全符合设计出机温度要求。
(2)混凝土中心温度。工程共布置6个测温点,每个测温点设深孔和浅孔两个测温计。深孔温度计距底部500cm,浅孔温度计距底部1000cm。温度测量结果见图2。
图2 混凝土中心温度
(3)混凝土内外温差。测量混凝土表面温度频率和测量混凝土内部温度频率一致,混凝土内外温差最大值为23.6℃。符合工程设计要求。
4.2混凝土力学性能指标
混凝土抗压试块(标准养护)留样32组,28d强度最低值为37.2MPa,最大值为43.6MPa,平均值为40.1MPa；45d强度最低值为40.6MPa,最大值为46.3MPa,平均值为43.8MPa。混凝土抗渗试块留样5组,抗渗等级全部大于P8。
4.3裂缝状况
大体积混凝土浇捣至今已经有接近两年的时间,经过长时间的观察,没有发现任何裂缝,工程质量良好,现已顺利通过验收,业主方非常满意。
5 結束语
总之，高层基础底板大体积混凝土施工较为复杂。为了确保施工质量，必须优化配合比设计，采用科学的养护方法，严格施工管理，降低大体积混凝土施工水化热。同时，坚持严谨的施工组织管理，这样才能使大体积混凝土施工质量得到很好的保证。通过以上措施，本工程基础底板大体积混凝土施工达到了预期效果，确保了工程质量。
参考文献
[1] 刘明生;施尧夫;刘建明.基础底板大体积混凝土夏季施工技术[J].施工技术,2006年11期
[2] 王白林.大体积混凝土基础底板施工裂缝控制技术[J].陕西建筑,2012年第05期
关键词:基础底板；大体积混凝土；配合比设计；温差；温度控制
中图分类号： TV544+.91 文献标识码： A 文章编号：
随着高层建筑的不断出现，基础底板采用大体积混凝土技术也越来越多，并取得了一定效果。但和很多混凝土工程一样，大体积混凝土施工过程中会因水化热聚集在混凝土内部不易散发，使混凝土内外温差较大。内表温差、升降温变化会导致混凝土产生不均匀温度变形和温度应力，进而混凝土会出现裂缝。如果施工中不对温度加以控制，浇筑后极易出现裂缝，严重影响结构的安全和耐久性。因此，在实际应用中，对基础底板大体积混凝土施工技术提出了更高、更严格的要求。
1工程概况
某建筑工程为框架结构，地上11层、地下1层，建筑面积19172㎡，工程造价3000万元。由四周3～4层的裙房组成整个大楼。其中主楼的基础底板厚1.9m,沉降后浇带长46.5m,宽36.5m,基坑中间由四座客梯和一座消防电梯及一只集水坑组成一个大坑,共计混凝土浇筑量约3500m3。
大体积混凝土施工过程中会因水化热聚集在混凝土内部不易散发,造成内外温差、内部温差、温度陡降和干缩等,易导致混凝土开裂。为了控制结构裂缝,常用的做法有设置永久性施工缝、在混凝土中掺入膨胀剂或在混凝土中预设蛇形冷却水管等措施。本项目采用添加膨胀剂的方式,不设施工缝,也不采用预设冷却水管措施。为了保证主楼底板良好的受力性能和整体性,设计要求一次性连续浇筑混凝土。
2配合比设计
2.1原材料的选择
根据质量第一、货源稳定和供应能力强的原则,对各种原材料进行筛选,并确定了原材料供应商。
2.2设计配合比
(1)试配强度
根据多年从事商品混凝土生产经验,σ取5MPa,fcu,o≥fcu,k+1.645σ=43.3MPa,C35混凝土45d后期评定强度的试配强度确定为43.3MPa。
(2)掺和料取代率
为了减少水泥用量,降低混凝土水化热,延缓混凝土中心出现温度峰值的时间,并提高混凝土后期强度,我们采用矿粉和粉煤灰双掺法。矿粉取代水泥率选择20%～50%,粉煤灰取代水泥率选择15%～60%,超量系数取1.4,进行正交试验设计。
(3)配合比确定
表1 混凝土配合比( kg/m3)
经过系列配合比强度试验、膨胀剂专项试验、泵送减水剂专项试验后,综合考虑强度、抗渗性、耐久性及工作性能等多种因素,结合相关专家评审结论,最终确定底板混凝土配合比,见表1。
2.3混凝土浇筑块体的内外温差估算
(1)每立方米混凝土中胶凝材料,按水化热折算成水泥的用量:
Wh=Wc+kWf
=215+33+0.5×95+0.2×105
=316.5kg/m3
式中:Wh-每立方米混凝土中水泥折算用量(kg/m3)；
Wc-每立方米混凝土中水泥和膨胀剂实际用量之和(kg/m3)；
Wf-每立方米混凝土中粉煤灰或矿粉的实际用量(kg/m3)；
k-粉煤灰和矿粉的水化热折减系数.
(2)混凝土的出机温度:
T0=∑CiTi/∑CiWi
=[0.9(415×35+730×30+1005×30)+4.2×25×(173+6)]/[4.2×(173+6)+0.9(415+730+1005)]=29.3℃
式中:T0-混凝土的出机温度(℃)；
Ci-分别为水泥、各种矿物外加剂、砂、石、水的比热(kJ/kg·K),对水泥、各种矿物外加剂、砂、石一般取为0.9(kJ/kg·K),水的比热取为4.2(kJ/kg·K)；
Wi-分别为每立方米混凝土中水泥、各种矿物外加剂、砂、石、水的实际干重量(kg/m3)；Ti-分别为水泥、各种矿物外加剂、砂、石、水的入罐温度(℃)；
(3)混凝土的浇筑温度计算:
Tj=T0+T0ˊ=22℃+1℃=23℃
式中:Tj-混凝土浇筑温度(℃)；
T0ˊ-混凝土运输、泵送、浇筑时段的温度补偿值(℃)；
(4)混凝土最大绝热温升值计算:
Tr=WhQ0/cρ=316.5×350/(0.95×2380)=49℃
式中:Tr-混凝土最大绝热温升值(℃)；
Wh-每m3混凝土中的水泥用量(kg/m3)；
Q0-每kg水泥水化热总量(kJ/kg)；
C-混凝土的比热[kJ/(kg·K)]；
ρ-混凝土的密度(kg/m3)。
(5)混凝土内部实际最高温度计算:
Tmax=Tj+ξ·Tr=30.3℃+0.65×49℃=62℃
式中:0.65按板厚2m时Tt/Tmax与龄期t曲线得
Tmax-混凝土内部最高温度(℃)；
N-与水化热龄期、结构厚度、浇筑温度等有关的系数。
(6)混凝土保温层厚度的计算:
大楼基础工程拟采用混凝土表面铺一层不透风的薄膜,上面覆盖草袋的保温措施,草袋厚度计算如下:
ξ={0.5hλ(Tb-Ta)a}/{λc(Tmax-Tb)}
={0.5×1.9×0.14×(62-25-30)×2.0}/{2.3×(62-37)}
=0.032m
式中:ξ-保温材料的厚度(m)；
h-混凝土结构的厚度(m)；
λ-保温材料的导热系数[W/(m·K)]；
λc-混凝土的导热系数[W/(m·K)],可取2.3W/(m·K)；
Tb-混凝土表面温度(℃),可按Tb=Tmax-25取值；
Ta-混凝土达到Tmax(浇筑2～5d后)的大气平均温度(℃)；
a-传热修正系数。
设计要求:此配比按混凝土内外温差为25℃设计,施工单位必须确保保温层厚度≥0.032m才能保证混凝土内外温差≤25℃。
3施工准备
考虑到混凝土夏季施工,日平均气温已经达到30℃。为了控制混凝土的出机温度,我们做了充分的准备工作:
3.1原材料储备量
所有粉料料仓、外加剂桶仓、骨料料场在开盘前12h全部备满。其他小方量工程全部推迟到主楼底板大体积混凝土施工完毕后施工,确保各种原材料能连续供应。
3.2原材料温度控制
(1)与各种原材料供应商进行充分协商与沟通,避免刚出炉的高温粉料入厂,同时要求进料时间为20B00到第2天上午10B00,避免原材料在运输过程中由于太阳暴晒而升温。
(2)粗骨料场装多个多向洒水器,开盘前2h开始持续洒水,直到施工完毕。洒水覆盖面覆盖整个粗骨料场。
(3)往蓄水池中加入冰块。由专人负责看管蓄水池中冰块融化情况,定时测量入机水温,调整蓄水池中冰块的加入量。同时注意蓄水池中的水位不能太低,以免溶化变小的冰块直接冲入搅拌机中。
3.3混凝土性能试验
根据所确定的配合比,我们对混凝土拌合物的各个主要物理性能进行了试验。所有试验均按照国际及行业相关的标准进行。
(1)混凝土拌合物凝结时间和坍落度损失试验。我们根据理论配合比做了混凝土拌合物的凝结时间和坍落度损失试验,试验结果见图1。
图1 坍落度损失试验
由图可以看出,混凝土的初凝时间为12B15时,终凝时间为15B30时。该初凝时间完全可以保证施工作业面的覆盖(下层混凝土初凝前上层混凝土浇筑完毕)。另外,2h不到10%的坍落度损失率给泵送施工提供了极大的方便。
(2)混凝土可泵性试验。为确保混凝土在实际应用时泵送顺利,我们对该拌合物进行了压力泌水试验,泌水值在80～100m,l证明该混凝土具有良好的可泵性,实际施工性能良好。
4工程质量
4.1温度测量
(1)混凝土出机温度。通过对各种原材料的入机温度控制,混凝土的出机温度最高值是29.1℃,完全符合设计出机温度要求。
(2)混凝土中心温度。工程共布置6个测温点,每个测温点设深孔和浅孔两个测温计。深孔温度计距底部500cm,浅孔温度计距底部1000cm。温度测量结果见图2。
图2 混凝土中心温度
(3)混凝土内外温差。测量混凝土表面温度频率和测量混凝土内部温度频率一致,混凝土内外温差最大值为23.6℃。符合工程设计要求。
4.2混凝土力学性能指标
混凝土抗压试块(标准养护)留样32组,28d强度最低值为37.2MPa,最大值为43.6MPa,平均值为40.1MPa；45d强度最低值为40.6MPa,最大值为46.3MPa,平均值为43.8MPa。混凝土抗渗试块留样5组,抗渗等级全部大于P8。
4.3裂缝状况
大体积混凝土浇捣至今已经有接近两年的时间,经过长时间的观察,没有发现任何裂缝,工程质量良好,现已顺利通过验收,业主方非常满意。
5 結束语
总之，高层基础底板大体积混凝土施工较为复杂。为了确保施工质量，必须优化配合比设计，采用科学的养护方法，严格施工管理，降低大体积混凝土施工水化热。同时，坚持严谨的施工组织管理，这样才能使大体积混凝土施工质量得到很好的保证。通过以上措施，本工程基础底板大体积混凝土施工达到了预期效果，确保了工程质量。
参考文献
[1] 刘明生;施尧夫;刘建明.基础底板大体积混凝土夏季施工技术[J].施工技术,2006年11期
[2] 王白林.大体积混凝土基础底板施工裂缝控制技术[J].陕西建筑,2012年第05期