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        大體積混凝土施工質(zhì)量管控

        2021-12-22 06:38:36
        建筑施工 2021年9期
        關(guān)鍵詞:筏板溫差水化

        韓 君

        上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

        隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及超高層建筑工程的增加,大體積混凝土工程越來(lái)越多。國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)大體積混凝土給出了定義,其中《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》[1]中的定義為:“混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸不小于1 m的大體積混凝土,或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土”;《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[2]中的定義為:“體積較大的、可能由膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土”。當(dāng)前第一種描述更為大家所接受,但不管從哪一種定義都可以看出,大體積混凝土由于體積較大,水化熱較高,容易出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力,甚至引起開(kāi)裂,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性。為保障大體積混凝土的施工質(zhì)量,需要從多方面著手,綜合應(yīng)用多種技術(shù)和管理措施。本文以某工程大體積混凝土施工為背景,介紹了大體積混凝土全過(guò)程質(zhì)量管控的方法。

        1 大體積混凝土控制概述

        1.1 大體積混凝土質(zhì)量影響因素

        大體積混凝土由于體量較大,膠凝材料水化放熱,引起混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大,當(dāng)溫差引起的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的實(shí)時(shí)抗拉強(qiáng)度時(shí)[3],混凝土開(kāi)裂,對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性產(chǎn)生不利影響。大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的機(jī)理復(fù)雜,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究,研究結(jié)果表明,邊界條件、環(huán)境條件、原材料、配合比、混凝土施工過(guò)程溫度控制和養(yǎng)護(hù)等是大體積混凝土是否產(chǎn)生溫度裂縫的重要影響因素[3-4]。其中,控制溫差是控制大體積混凝土裂縫的關(guān)鍵。

        1.2 大體積混凝土溫度控制指標(biāo)

        目前,國(guó)內(nèi)大體積混凝土施工的相關(guān)規(guī)范[5-8]均給出了溫度控制指標(biāo)及方法,主要通過(guò)控制混凝土的入模溫度和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的溫差來(lái)實(shí)現(xiàn)大體積混凝土的質(zhì)量控制,同時(shí)也對(duì)配合比和施工工藝提出了建議。不同的規(guī)范對(duì)于溫度控制指標(biāo)存在微小差異,各規(guī)范的指標(biāo)如表1所示。

        表1 各規(guī)范中大體積混凝土施工控制指標(biāo)對(duì)比

        各規(guī)范中,對(duì)于溫度的控制指標(biāo)均為建議值,可結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際的混凝土尺寸適當(dāng)放寬??紤]到本工程核心筒區(qū)域混凝土面積和厚度均較大,實(shí)際中采用的溫度控制指標(biāo)為:最大入模溫度30 ℃,入模后最大溫升50 K,最大表里溫差28 K,拆模時(shí)表面與大氣最大溫差25 K,最大降溫速率2 K/d。

        2 工程概況

        本大體積混凝土工程為1座超高層塔樓的筏板基礎(chǔ)。該塔樓地上74層,地下5層,建筑高度356 m,結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)。根據(jù)厚度,可將筏板分為外框區(qū)域和核心筒區(qū)域共2個(gè)區(qū)域。其中,外框區(qū)域的外輪廓為邊長(zhǎng)為57 m的正方形,除柱承臺(tái)外,其余筏板厚度1.2 m;而核心筒區(qū)域的外輪廓為邊長(zhǎng)36 m的正方形,主要由3.80、7.95、10.75 m等3種不同厚度組成,不同厚度之間通過(guò)臺(tái)階逐級(jí)過(guò)渡,局部電梯井處厚度達(dá)12.25 m。筏板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40,抗?jié)B等級(jí)P12,2個(gè)區(qū)域混凝土澆筑量共計(jì)約10 000 m3,一次澆筑完成。

        3 大體積混凝土質(zhì)量保障措施

        3.1 澆筑前保障措施

        大體積混凝土澆筑前主要保障混凝土配合比和入模溫度,其中為準(zhǔn)確計(jì)算入模溫度,采用了有限元軟件計(jì)算大體積混凝土內(nèi)部溫度分布。

        3.2 混凝土配合比

        在配制本工程混凝土?xí)r,對(duì)原材料的物理和化學(xué)特性控制如下:采用水化熱較低、細(xì)度適中的P·O 42.5水泥;摻加粉煤灰和礦渣粉活性混合材料替代部分水泥;粗骨料選用粒徑5~25 mm的石子連續(xù)級(jí)配,細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)2.7的中砂,嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料的含泥量;使用合適的高性能聚羧酸減水劑,減少水泥用量,減少水化熱,并且延長(zhǎng)初凝時(shí)間;控制混凝土原材料入機(jī)溫度。水泥的入機(jī)溫度≤35 ℃,石子堆場(chǎng)采用遮陽(yáng)棚,并通過(guò)噴水降低石子的溫度,在拌制的過(guò)程中加入冰塊。

        本工程混凝土的配合比如表2所示,水膠比為0.37。

        表2 C40 P12混凝土配合比

        3.3 入模溫度有限元分析

        控制混凝土入模溫度,可降低混凝土內(nèi)部的最高溫度,進(jìn)而減小混凝土表里溫差以及混凝土表面與大氣溫差。為計(jì)算混凝土內(nèi)部的最高溫度,利用Midas Gen v8.65對(duì)大體積混凝土進(jìn)行水化熱分析,有限元軟件可同時(shí)考慮3個(gè)方向的溫度梯度,更準(zhǔn)確地計(jì)算大體積混凝土內(nèi)部的最高溫度。模型中考慮了面積最大的2個(gè)核心筒筏板區(qū)域,如圖1所示,厚度分別為3.80、7.95 m,計(jì)算得到澆筑后500 h內(nèi)的升溫時(shí)程曲線,如圖2所示?;炷寥肽囟仍O(shè)定為30 ℃,大氣溫度設(shè)定為27 ℃(當(dāng)?shù)?—6月平均氣溫)。

        圖1 大體積混凝土升溫時(shí)程模擬

        圖2 大體積混凝土升溫時(shí)程曲線

        通過(guò)大體積混凝土的升溫時(shí)程曲線可知,當(dāng)混凝土的入模溫度為30 ℃時(shí),表里溫差、表面與大氣溫差以及降溫速率均可以滿足本工程預(yù)定的控制指標(biāo)。

        3.4 澆筑中保障措施

        3.4.1 混凝土供應(yīng)

        項(xiàng)目部選擇了具有豐富的大體積混凝土供應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的凝土供應(yīng)商,該供應(yīng)商在項(xiàng)目附近有2個(gè)生產(chǎn)基地,每個(gè)生產(chǎn)基地均可滿足本項(xiàng)目混凝土的供應(yīng)需求,第2個(gè)生產(chǎn)基地作為備用。從每個(gè)生產(chǎn)基地到施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃了2條混凝土運(yùn)輸車行駛路線,每部運(yùn)輸車配置了先進(jìn)的GPS通信設(shè)備,由生產(chǎn)調(diào)度中心統(tǒng)一指揮,有效防止了斷車、壓車現(xiàn)象,減少因等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的混凝土質(zhì)量變化。

        3.4.2 混凝土質(zhì)量抽查

        現(xiàn)場(chǎng)安排監(jiān)理、總承包材料員和混凝土供應(yīng)商質(zhì)檢員聯(lián)合抽查到場(chǎng)的混凝土的氯離子含量、工作性能以及入模溫度。同時(shí),混凝土供應(yīng)商質(zhì)檢員及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)情況反饋到生產(chǎn)基地,生產(chǎn)基地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整混凝土配合比。

        3.4.3 澆筑工藝

        本工程采用整體分層澆筑,先澆筑核心筒區(qū)域,當(dāng)核心筒區(qū)域澆筑至和外框板底平齊時(shí),同時(shí)澆筑核心筒區(qū)域和外框區(qū)域。由于筏板厚度較大,為防止混凝土拋落離析,設(shè)置鋼串通,使混凝土均勻流淌至基礎(chǔ)底部。為防止出現(xiàn)混凝土冷縫,在前一層初凝之前,開(kāi)始后一層的澆筑,并且振搗棒插入2層分界線以下50 mm進(jìn)行振搗。在鋼筋支架的不同標(biāo)高處設(shè)置行走通道,并設(shè)置LED照明燈帶,方便工人振搗。

        3.5 澆筑后保障措施

        3.5.1 混凝土養(yǎng)護(hù)

        大體積混凝澆筑完成后,在初凝前,按標(biāo)高控制線用刮尺將混凝土表面刮平,初凝后,用鐵滾筒將混凝表面壓實(shí),清除浮漿,最后進(jìn)行二次收光。收光后,立即在混凝土表面灑水,并覆蓋1層塑料薄膜用于混凝土保濕,上面覆蓋1層干燥毛氈用于混凝土保溫,為防止降雨削弱保溫效果,毛氈上再覆蓋1層塑料薄膜。每天由專人檢查塑料薄膜的完整情況,并保持混凝土表面濕潤(rùn)。同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)額外預(yù)備了1層毛氈和1層塑料薄膜,若混凝土內(nèi)部溫度控制指標(biāo)超標(biāo)時(shí),可覆蓋在現(xiàn)有保溫層上,增強(qiáng)保溫效果。養(yǎng)護(hù)時(shí)間由混凝土體內(nèi)的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)決定,混凝土表里溫差小于28 K且混凝土表面與大氣溫差小于25 K時(shí)拆除保溫層。

        3.5.2 混凝土溫度監(jiān)測(cè)

        大體積混凝土在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中,需要根據(jù)混凝土體內(nèi)的溫度變化,動(dòng)態(tài)調(diào)整保溫措施。在本工程中,采用了“大體積混凝土溫度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大體積混凝土不同區(qū)域、不同深度的溫度,實(shí)現(xiàn)了信息化管理。該系統(tǒng)的工作原理如圖3所示,將溫度傳感器串聯(lián)接入數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn),數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集,并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至遠(yuǎn)程傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理,遠(yuǎn)程傳輸節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至云端服務(wù)器,管理人員可通過(guò)手機(jī)或PC端的瀏覽器查看實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。測(cè)溫點(diǎn)沿筏板的2個(gè)對(duì)稱軸布置,覆蓋了筏板的主要厚度區(qū)域,以及厚度變化最大的區(qū)域。典型剖面的溫度傳感器布置如圖4所示,其中測(cè)溫點(diǎn)⑥的表面和內(nèi)部溫度時(shí)程曲線見(jiàn)圖2,有限元模型對(duì)于溫度的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值較為接近。

        圖3 測(cè)溫系統(tǒng)工作原理

        圖4 溫度傳感器布置剖面示意

        4 大體積混凝土施工質(zhì)量

        大體積混凝土帶保溫覆蓋層養(yǎng)護(hù),共持續(xù)了21 d,根據(jù)各區(qū)域不同深度的混凝土溫度計(jì)算出的混凝土溫差和溫度,與預(yù)定的控制指標(biāo)相差不到2 K,基本達(dá)到了溫度控制目標(biāo)。拆除保溫覆蓋層后,每天灑水養(yǎng)護(hù),持續(xù)養(yǎng)護(hù)了7 d?;炷帘砻嫖窗l(fā)現(xiàn)收縮裂紋。

        5 結(jié)語(yǔ)

        本文介紹了某工程大體積混凝土施工的全過(guò)程質(zhì)量管控方法。澆筑之前,為降低混凝土的水化熱,配合比設(shè)計(jì)時(shí),采用了低水化熱水泥,減小水泥用量,增加了粉煤灰和礦渣用量,并通過(guò)有限元軟件分析了混凝土體的升溫時(shí)程,分析得到混凝土的入模溫度不超過(guò)30 ℃時(shí),混凝土體內(nèi)的溫度和溫差均可以符合規(guī)范要求的控制指標(biāo)。澆筑過(guò)程中,在澆筑現(xiàn)場(chǎng)抽查并調(diào)整混凝土質(zhì)量,采用連續(xù)澆筑法并設(shè)置振搗通道,避免了施工冷縫的形成。澆筑完成后,采用了塑料膜保濕加毛氈保溫的養(yǎng)護(hù)方法,并通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部關(guān)鍵位置的溫度變化,監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,無(wú)需調(diào)整保溫層厚度。最終,本工程的大體積混凝土未出現(xiàn)收縮裂縫,具有較高的施工質(zhì)量,可以驗(yàn)證本文提出的施工質(zhì)量管控措施是有效的。

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