辦公綜合樓基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)研究

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摘要 本文結(jié)合大體積砼溫度應(yīng)力、溫度控制等相關(guān)原理，提出了施工期間溫度控制的技術(shù)措施，為今后高層建筑基礎(chǔ)工程大體積砼施工提供了有效依據(jù)。

關(guān)鍵詞 大體積混凝土 溫度控制 1 工程概況   1 工程概況 黃巖區(qū)財政地稅辦公綜合樓工程基礎(chǔ)底板形狀大致為正方形，長約為40m，寬約為39m；基礎(chǔ)底板的結(jié)構(gòu)采用反梁形式，反梁高為1.6m，底板部分厚為1.3m，樁基承臺處為2.1m；電梯井位置局部混凝土厚度達(dá)3.6m?；炷翑?shù)量共計(jì)2870m3，一次澆筑完畢，不留施工縫，不設(shè)后澆帶，屬于大體積混凝土工程。基礎(chǔ)上下部各配置φ25@150鋼筋網(wǎng)，中間配置φ12@400鋼筋網(wǎng)，混凝土強(qiáng)度等級為C35，抗?jié)B等級為S8。底板混凝土澆筑期間正是臺州地區(qū)天氣較熱的八、九月份，特別是基坑處于地面下6～7m左右，坑內(nèi)空氣流通較慢，加劇了混凝土表面溫度。       市氣象局所提供的資料和實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，大氣日溫呈正弦變化(寒潮期間除外)，其中夏季日溫變曲線為，   式中： ——某一時刻溫度，℃；        —— ， 為時間。 因此該基礎(chǔ)應(yīng)按大體積混凝土從材料選用、配合比設(shè)計(jì)、混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)及測溫等方面采用綜合措施進(jìn)行溫度控制。     建筑工程中，尤其是高層建筑工程中的基礎(chǔ)大體積砼有下述特點(diǎn): (1) 砼強(qiáng)度級別高，水泥用量較大，因而收縮變形大。 (2) 由于幾何尺寸不是十分巨大，水化熱溫升快，降溫散熱亦較快。因此降溫與收縮的共同作用是引起砼開裂的主要因素。 (3) 控制裂縫的方法不像塊體砼那樣，要采用特別的低熱水泥和復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，而主要依靠合理配筋，改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用合理的砼配比，澆筑方案和澆筑后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等措施，以提高結(jié)構(gòu)的抗裂性和避免引起過大的內(nèi)外溫差而出現(xiàn)裂縫。     因而，為了有效控制基礎(chǔ)大體積砼溫度，避免出現(xiàn)溫度裂縫，該工程在基礎(chǔ)施工階段采用了多種措施綜合控制溫度裂縫。 2 大體積砼溫度裂縫 砼隨著溫度的變化而發(fā)生熱脹冷縮，稱為溫度變形。對于大體積砼施工階段來說，由于溫度變形而引起的裂縫，可稱為“初始裂縫”或“早期裂縫”。大體積砼施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，是由其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面由于內(nèi)外溫差和收縮而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)物的外部砼各質(zhì)點(diǎn)間的約束，阻止這種應(yīng)變，一旦溫度拉應(yīng)力超過砼能承受的抗拉強(qiáng)度時，即出現(xiàn)裂縫。     大體積砼由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應(yīng)力是導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫的主要原因.這種裂縫分兩種:     表面裂縫砼澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使砼的溫度很快上升，但由于砼表面散熱條件好，熱量可向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少。而砼內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)約束。結(jié)果砼內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過砼的抗拉強(qiáng)度時，砼表面就產(chǎn)生裂縫。     收縮裂縫砼澆筑后數(shù)日，水泥水化熱己基本釋放。砼從最高溫度逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起砼收縮，再加上砼中多余水份蒸發(fā)等引起的體積收縮變形，二者都受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束，不能自由變形，導(dǎo)致溫度拉應(yīng)力。當(dāng)該溫度應(yīng)力超過砼抗拉強(qiáng)度時，則從約束面開始向上形成裂縫，如果該溫度應(yīng)力足夠大，可能產(chǎn)生貫穿裂縫，破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和防水性，影響正常使用。 大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，溫度變化不但可能引起裂縫，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)也具有重要影響，有時溫度應(yīng)力在數(shù)值上可能超過其他外荷載引起的應(yīng)力。 地下室的大體積混凝土處于基礎(chǔ)約束范圍以內(nèi)，其表面裂縫在內(nèi)部混凝土降溫過程中，可能發(fā)展為深層甚至貫穿裂縫，引起地下室滲水，影響安全使用。 基于上述特點(diǎn)，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力，但在施工過程中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度的變化而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，要把這種溫度變化所引起的拉應(yīng)力限制在允許范圍以內(nèi)是非常困難的。     總之，如何控制溫度、防止裂縫發(fā)展，是大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中最重要的課題。 3 基本措施 針對該工程的實(shí)際情況，施工中采用了以下多種措施控制溫度裂縫的發(fā)展。 3.1 材料選擇及質(zhì)量要求 (1) 水泥 由于基礎(chǔ)底板厚1.3m，水泥在水化過程產(chǎn)生大量的熱量，聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，使混凝土內(nèi)部的溫度升高。為此，在施工中應(yīng)選用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量(每減少10kg水泥，降低溫度1℃)。本工程由于貨源限制選用525號普通砼酸鹽水泥。 (2) 粗細(xì)骨料 粗骨料選用5～40mm單粒級卵石。它比5～25mm石子，每立方米混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比(015)情況下，水泥可減少30kg左右。細(xì)骨料采用中粗砂，其細(xì)度模數(shù)為218。它比采用細(xì)砂，每立方米混凝土減少用水量20kg左右，水泥相應(yīng)減少28～35kg，從而降低混凝土的干縮。 (3) 混合料及外加劑 混凝土中摻入水泥重量0.25%左右的緩凝型減水劑—木質(zhì)素磺酸鈣，一方面可明顯延緩水化熱釋放的速度，推遲水化熱峰值的出現(xiàn)；同時又減少10%拌和用水，節(jié)約10%左右的水泥，從而降低水化熱?；炷林袚饺脒m量粉煤灰，不僅改善混凝土的工作度，減少混凝土的用水量，減少泌水和離析現(xiàn)象；同時代替部分水泥，減少水化熱。摻入適量UEA膨脹劑，有效地補(bǔ)償混凝土干縮，并在一定程度上補(bǔ)償冷縮，改變混凝土分子結(jié)構(gòu)組織，增加密實(shí)性，提高抗?jié)B能力。 3.2 混凝土配合比的制定 根據(jù)選用的材料，通過試驗(yàn)室試配確定了混凝土配合比，采用塔吊運(yùn)輸，混凝土坍落度控制在3～5cm；C35PS8混凝土配合比(kg/m3)為水泥:黃砂:石子:水=330:771:1087:173；摻合料(kg/m3):UEA膨脹劑33kg，粉煤灰44kg，木鈣0.66kg；水灰比0.48，砂率40%。 3.3 混凝土的澆筑及養(yǎng)護(hù) 混凝土澆筑采用斜面一次澆筑，分層厚度為43cm左右，在斜面下層混凝土未初凝時(初凝時間為3h左右)進(jìn)行上層混凝土澆筑，在不同部位用3臺振動棒分上、中、下3個層次，采用循環(huán)推進(jìn),一次到頂?shù)霓k法，以消除冷凝，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，保證防水質(zhì)量。 根據(jù)計(jì)算混凝土內(nèi)部最高溫度47℃，內(nèi)外溫差超過25℃，因而混凝土澆筑后，采取有效的外部保溫法。目的是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；同時延長散熱時間。具體方法：在表面抹壓后即覆蓋一層塑料薄膜，來封閉混凝土中多余拌合水，以實(shí)現(xiàn)混凝土的自養(yǎng)護(hù)，終凝后覆蓋二層草袋，混凝土養(yǎng)護(hù)時間不少于14d。 3.4 混凝土測溫 為了掌握大體積混凝土的溫度變化規(guī)律，及時了解溫差對大體積混凝土質(zhì)量的影響，采取常規(guī)測溫技術(shù)，對底板混凝土的上、中、下進(jìn)行布點(diǎn)觀測，以便采取相應(yīng)的技術(shù)措施，防止混凝土開裂。 本工程測點(diǎn)共設(shè)4點(diǎn)，每點(diǎn)設(shè)上、中、下三個測溫孔。在混凝土澆筑前，用鋼管預(yù)先放置在底板內(nèi)并高出板頂100mm，并固定于底板筋上，鋼管下口事先封死，溫度計(jì)頂端與預(yù)埋管之間用保溫材料塞嚴(yán)，防止水分浸泡，并做好測溫點(diǎn)的編號。采用玻璃溫度計(jì)，溫度計(jì)在管內(nèi)停留不少于5min， 當(dāng)溫度計(jì)在管內(nèi)抽出時，立即讀出溫度值?；炷翝仓?～5天，每2h測一次，第6～10天，每4h測一次，每次同時測出大氣溫度及草袋與混凝土表面之間的溫度。 實(shí)測數(shù)據(jù)表明：混凝土內(nèi)部的最高溫度(36℃)出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第3天，基礎(chǔ)中心與草袋內(nèi)之間溫差最大值為16℃，草袋內(nèi)與大氣之間溫差最大值為17℃，均控制在25℃之內(nèi)，有效控制了溫差梯度，符合《混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-92)中混凝土表面和內(nèi)部溫差“不宜超過25℃”的要求。 4 結(jié)論 通過大體積混凝土溫控，混凝土內(nèi)部最高溫度為41℃，比采用常規(guī)方法降低6℃以上，同一測溫處內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)，從測溫數(shù)據(jù)及底板混凝土外觀質(zhì)量表明，以上溫控措施是成功的。