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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。