超厚大体积混凝土防裂措施有哪些?

XX中心大厦为一幢地上50层,地下2层,面积12.5万m2的超高层大型综合写字楼,结构形式为内筒外框密肋梁楼板结构,位于XX与XX交汇处西南侧,合同工期仅26个月。

本工程主楼承台底板为超厚,底板厚分别为3.1m、3.7m、4.8m,总体积1.1万m3一次性浇筑。要确保大体积混凝土的质量,除应满足强度等级、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在硬化过程中由于水化热而引起的内外温差,防止内外温差过大而导致混凝土裂缝,为此采取了如下措施。

合理确定配合比

主楼底板设计为C40、S8混凝土,不仅要满足强度要求,而且要满足抗渗要求,更关键的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所具备的抗拉强度。根据上述要求,抓住如何降低水化热这个关键,进行了大量的试验工作,选用不同的水泥、掺合料、外加剂进行了试验。

根据试验结果,并考虑到每立方米混凝土的水泥用量,每增减10kg,其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃,水泥的用量可尽量减少,通过多方考虑研究最后决定采取如表3-2-1所示的配合比。

注:采用425号矿渣水泥,中租砂,5~30mm碎石,拥落度为l6~18cm.CAS掺料系硫酸铝钙型微膨胀剂,又名钙矶石。CAS掺入混凝土中具有如下特点:

(1)改善混凝土的孔结构,使总孔隙率减小,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能力;(3)CAS取代一部分水泥后还能提高混凝土的强度(特别是矿渣水泥),在保持混凝土强度不变的情况下,可节省水泥从而大幅度降低混凝土的绝对温度,减少温度裂纹的危害;(4)CAS分快凝型和缓凝型两种,缓凝型能降低水泥水化热的峰值,并推迟它的到来时间,符合大体积混凝土技术要求。

从使用效果看,掺入CAS还能改善混凝土拌合物的和易性、可靠性,不离析及保水性能良好等优点。

大体积底板的混凝土施工,既要满足强度及抗渗要求又要使混凝土在硬化过程中所产生的水化热尽可能小,在满足前者的前提下,后者就成了大体积混凝土施工的主要矛盾。按常规都采用普通水泥加UEA,但通过试验发现普通水泥用量过大,内部水化热较高(达94℃),不利于温控和养护;而425号矿渣水泥不仅可以满足强度和抗渗要求,内部水化热也较低(只有76℃),而且水泥标号低,用量也较少,有利于大体积混凝土的施工。为此决定采用425号矿渣水泥。因水泥标号低,用量少,相应所产生的水化热就小,从而降低了温度差应力,避免了混凝土裂缝的产生。

对其他材料都按要求进行严格控制。对所确定的配合比还进行了抗渗试验,在抗渗试验中,4个试样未出现渗水时的最大水压力为1MPa,满足抗渗要求。

混凝土浇筑量

由计算得知,为防止上、下、左、右、前、后各浇筑层间搭接时间差因超出混凝土初凝时间而形成施工冷缝,必须达到每小时混凝土供应量121m3,为此我们采取了现场搅拌与商品混凝土结合,利用20辆输送车、6台输送泵,从西向东一次性浇筑,日浇筑量达2200m3,1.l万m3混凝土总共用时仅l36h,有效地防止了冷缝的产生。

控制混凝土出机温度和浇筑温度

出机温度控制

为降低混凝土的总温升,减少结构的内外温差,控制出机温度和浇筑温度同样是一个重要的方面。

根据搅拌前混凝土原料总的热量与搅拌后混凝土热量相等的原理,可得出混凝土的出机温度T0。

在混凝土的原材料中,石子的比热较小,但每1m3混凝土中所占的重量较大;水的比热最大,但它的重量在每1m3混凝土中只占一小部分,因此对混凝土出机温度影响最大的是石子及水的温度,砂的温度次之,水泥的温度影响最小。

XX大厦底板施工在8月底,正值武汉市高温季节,白天环境温度达35℃,为进一步降低混凝土的出机温度,在中心搅拌站打了一口深井,用井水搅拌混凝土,并用编织袋覆盖砂石,防止太阳直接照射,通过实测各原材料的温度,计算出混凝土的出机温度为26.95℃,由于入模温度较低,因此有效地降低了混凝土的总温升。

浇筑温度控制

为控制浇筑温度,应尽量缩短混凝土的运输时间,及时卸料,泵管用麻袋包裹以防日光曝晒而升温,输送泵、搅拌台全部搭棚以防阳光照射,现场用编织袋遮阳,通过采取这些措施,现场测定混凝土浇筑温度为30℃。

大体积混凝土的浇筑

浇筑方法

本工程主楼底板面积为3080m2,覆盖底部双向钢筋的第一层混凝土厚度为0.6m,最大浇筑层混凝土量为44m×25m×0.6m=660m3,浇筑时间为5.5h,考虑到拆管和其他因素,混凝土缓凝时间控制在8h以上,因第1层浇筑就需5.5h,为此采取“由西向东,一次浇筑,一个坡度、薄层覆盖、循序推进,一次到顶”的方法。这种自然流淌形成斜坡混凝土的浇筑方法(图3-2-1)能较好适应泵送工艺,避免输送管道经常拆除冲洗和接长,提高泵送效率,简化了混凝土的泌水处理,保证上、下层浇筑间隔不超过初凝时间。

混凝土的泵送采取6台泵由西向东,分点布料,一次打出底板面,然后再由西向东呈斜坡推进(图3-2-2)。

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、后布置两道振动器,第一道布置在混凝土卸料点,主要解决上部的振实,第二道布置在混凝土坡角处,确保下部混凝土的密实,为防止混凝土集中堆积,先振捣出料口处混凝土,形成自然流淌坡度,然后全面振捣,严格控制振捣时间,移动间距和插入深度。

底板四边有3.7m高的暗梁,暗梁边钢筋较密,对此采取在暗梁边焊角钢支架,人工在支架上分层振捣的方案,有效地保证了暗梁处混凝土的振捣密实。

泌水处理

大流动性混凝土在浇筑、振捣过程中,上涌的泌水和浮浆顺混凝土坡面下流到坑底,由于我们事先已在东边预留了集水坑,使大量泌水顺混凝土垫层流向积水坑,然后通过积水坑内的潜水泵向坑外排出。

当混凝土大坡面坡脚接近顶端模板时,改变混凝土的抽水方式,将泵抬高,抽出逐步缩小水潭中的泌水(图3-2-4)。

表面处理

由于泵送混凝土表面水泥浆较厚,在浇筑后2~8h,初步按标高用长刮尺刮平,然后用木搓板反复搓压数遍,使其表面密实,在初凝前再用铁搓板压光,这样做较好的控制了混凝土表面龟裂,还减少混凝土表面水分的散发,促进了养护。

养护

为防止内外温差过大,造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而裂缝,养护工作尤为重要,故采取是保温、保湿养护法。先在混凝土表面覆盖2层塑料薄膜,覆盖时间以混凝土初凝时间为宜,覆盖塑料薄膜的目的是防止水分蒸发,然后在塑料薄膜上覆盖3层麻袋用以保温。为防止雨水造成表面温度突降,在麻袋面上又加盖l层塑料薄膜,隔离了较低温度的雨水对麻袋的直接影响,同时又使表面已升高的温度不易散失,有效地缩小了内外温差。混凝土需补充水分时,只在下层薄膜与底板接触表面浇水,然后尽快覆盖,通过14d的养护,混凝士的质量很好,表面光滑、密实,满足验收规范的要求。

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