占建軍，高志剛，劉成剛

（中建八局（廈門）建設(shè)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

超高層建筑一般采用板厚較厚的筏板基礎(chǔ)，需一次性澆筑大量混凝土，若未采取有效降溫措施，水泥水化熱產(chǎn)生大量熱量，混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度形成較大溫差，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)溫度應(yīng)力，形成裂縫，超高層建筑筏板基礎(chǔ)的施工關(guān)鍵在于降低水泥水化熱，控制溫度裂縫。本文結(jié)合永同昌北站項(xiàng)目，在混凝土配合比設(shè)計(jì)中主要通過(guò)采用“雙摻法”，輔以降低水泥用量方法降低水化熱。

1 工程概況

永同昌北站項(xiàng)目位于福建省廈門市，總建筑面積17.7 萬(wàn)m2，最大建筑高度148.65m。3 號(hào)樓主樓采用鋼管混凝土框架柱、鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒范圍內(nèi)筏板最厚達(dá)1.5m、主樓范圍內(nèi)筏板厚度為1.0m，一次澆筑混凝土量較大，約為4 578m3。

2 混凝土用主要原材料

1）水泥 P·O42.5 水泥，Q3=252kJ/kg，Q7=283kJ/kg。

2）河砂 主要為中砂，細(xì)度模數(shù)指標(biāo)為2.5，含泥量約為1.3%。

3）碎石 粒徑5～25mm 碎石。

4）摻合料 Ⅱ級(jí)粉煤灰和S95 級(jí)礦粉。

5）外加劑 緩凝型高效減水劑。

3 混凝土配合比試驗(yàn)與確定

根據(jù)大體積混凝土相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，該大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下要求：水膠比（W/B）≤0.5；用水量≤175kg/m3；砂率宜為35%～45%；膠凝材料用量≥320kg/m3；絕熱溫度上升值不大于50℃；采用150mm×150mm×150mm標(biāo)準(zhǔn)試件，60d 齡期強(qiáng)度。

3.1 正交試驗(yàn)計(jì)算

綜合以上條件選擇正交試驗(yàn)因素。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，在筏板基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑過(guò)程中，主要通過(guò)在混凝土中摻入礦粉、粉煤灰的“雙摻法”方式降低混凝土水化熱，減少結(jié)構(gòu)裂縫；在混凝土工作性能影響指標(biāo)中，砂率和水膠比起關(guān)鍵性作用，如表1 所示。

3.2 混凝土配合比試驗(yàn)

L9（34）正交試驗(yàn)表如表2 所示。通過(guò)正交試驗(yàn)表計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的混凝土配合比，如表3 所示。

表1 正交試驗(yàn)因素和水平 %

表2 L9（34）正交試驗(yàn)表 %

表3 L9（34）正交試驗(yàn)相應(yīng)混凝土配合比 （kg/m3）

由L9（34）正交試驗(yàn)混凝土配合比，通過(guò)反復(fù)試拌得出新拌混凝土60d 抗壓強(qiáng)度、坍落度，并通過(guò)計(jì)算得出混凝土絕熱溫度上升值。試驗(yàn)數(shù)值結(jié)果如表4，5 所示。

表4 不同摻量摻合料水化熱調(diào)整系數(shù)

表5 抗壓強(qiáng)度、坍落度、混凝土絕熱溫度上升值

根據(jù)表5 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行極差計(jì)算，如圖1～3 所示。

圖1 混凝土坍落度的影響因素指標(biāo)

圖2 各因素對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響因素指標(biāo)

混凝土配合比影響因素水平變化過(guò)程中，極差R 的值直接影響混凝土配合比的變化，其值越大，影響也越大。從圖1可看出：混凝土坍落度影響因素中，影響最大的是水膠比，其次分別為砂率、礦粉，粉煤灰因素最小。水平試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)同一水平和值Ki進(jìn)行分析，可知影響因素的最優(yōu)水平配合比為：粉煤灰量20%，礦粉量15%，水膠配合比0.45，砂率45%，用水量170kg/m3。

圖3 各因素對(duì)混凝土絕熱溫度上升值的影響因素指標(biāo)

由圖2 可知：由于水膠比極差最大，因此對(duì)混凝土60d 抗壓強(qiáng)度影響因素進(jìn)行分析，影響最大的是水膠比，其次分別是礦粉、砂率，粉煤灰的影響最小。由于混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度受水泥凝膠與骨料間的黏結(jié)作用影響，在較大的黏結(jié)力下，混凝土抗壓強(qiáng)度得到較大提高，即混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比成反比。水平試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)同一水平和值Ki進(jìn)行分析可知，影響因素的最優(yōu)水平配合比為粉煤灰量20%，礦粉量15%，水膠配合比0.35，砂率45%，用水量170kg/m3。

由圖3 可知：水膠比極差最大，在對(duì)混凝土絕熱溫度上升值影響因素分析中，影響最大的是水膠比，其次分別是礦粉、粉煤灰，砂率影響最小。影響因素中礦粉摻量因素極差與水膠比因素極差相接近，這是由于礦粉的化學(xué)成分相較粉煤灰更接近硅酸鹽水泥。大體積混凝土絕熱溫度上升值主要與膠凝材料水化放熱有關(guān)，“雙摻法”取代部分水泥，有利于使整體水化熱降低。此外，摻入緩凝型高效減水劑在一定程度下能有效降低水化熱，延緩水泥水化熱的時(shí)間。

水平試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)同一水平和值Ki進(jìn)行分析可知，在最優(yōu)水平配合比情況下，混凝土絕熱溫度上升值最大，大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)較大溫差，結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫。當(dāng)混凝土絕熱溫度上升值最小時(shí)Ki值最小，最優(yōu)組合應(yīng)為：粉煤灰量20%，礦粉量20%，水膠比0.45，砂率40%，用水量170kg/m3。

3.3 施工配合比及其工作性能

通過(guò)對(duì)大體積混凝土進(jìn)行多次重復(fù)試攪拌試驗(yàn)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整混凝土和易性、黏聚性及強(qiáng)度穩(wěn)定性。最終確定在大體積混凝土澆筑施工中，其最優(yōu)施工配合比為∶水泥∶砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶礦粉∶外加劑=252∶795∶1 011∶167∶78∶58∶9.7。

根據(jù)最優(yōu)施工配合比，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度及抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表6 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

1）采用“雙摻法”，可在減少水泥用量和降低施工成本的情況下，有效降低混凝土水化熱，減少結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生。

表6 混凝土的工作性能及抗壓強(qiáng)度值

2）混凝土配合比最終確定為：膠凝材料：砂：碎石：水：外加劑=1：2.05：2.61：0.43：0.025，“雙摻法”粉煤灰替代量為20%，礦粉替代量為15%。

3）在0～20%范圍內(nèi)，混凝土絕熱溫度上升值與粉煤灰、礦粉摻量成反比。

4）在對(duì)混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度、絕熱溫度上升值影響因素分析中，水膠比起主要作用。