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辦公綜合樓基礎大體積混凝土施工技術研究
摘要 本文結(jié)合大體積砼溫度應力、溫度控制等相關原理,提出了施工期間溫度控制的技術措施,為今后高層建筑基礎工程大體積砼施工提供了有效依據(jù)。
關鍵詞 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底板形狀大致為正方形,長約為40m,寬約為39m;基礎底板的結(jié)構采用反梁形式,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3.6m?;炷翑?shù)量共計2870m3,一次澆筑完畢,不留施工縫,不設后澆帶,屬于大體積混凝土工程?;A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。 因此該基礎應按大體積混凝土從材料選用、配合比設計、混凝土的澆筑、養(yǎng)護及測溫等方面采用綜合措施進行溫度控制。 建筑工程中,尤其是高層建筑工程中的基礎大體積砼有下述特點: (1) 砼強度級別高,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雜的冷卻系統(tǒng),而主要依靠合理配筋,改進設計,采用合理的砼配比,澆筑方案和澆筑后加強養(yǎng)護等措施,以提高結(jié)構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,為了有效控制基礎大體積砼溫度,避免出現(xiàn)溫度裂縫,該工程在基礎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)生應力和應變,另一方面是結(jié)構物的外部砼各質(zhì)點間的約束,阻止這種應變,一旦溫度拉應力超過砼能承受的抗拉強度時,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,由此形成的溫度應力是導致產(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)生壓應力,面層產(chǎn)生拉應力,當該拉應力超過砼的抗拉強度時,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)構邊界條件的約束,不能自由變形,導致溫度拉應力。當該溫度應力超過砼抗拉強度時,則從約束面開始向上形成裂縫,如果該溫度應力足夠大,可能產(chǎn)生貫穿裂縫,破壞了結(jié)構的整體性、耐久性和防水性,影響正常使用。 大體積混凝土結(jié)構中,溫度變化不但可能引起裂縫,對結(jié)構的應力狀態(tài)也具有重要影響,有時溫度應力在數(shù)值上可能超過其他外荷載引起的應力。 地下室的大體積混凝土處于基礎約束范圍以內(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,在大體積混凝土結(jié)構設計中,通常要求不出現(xiàn)拉應力或者只出現(xiàn)很小的拉應力,但在施工過程中,大體積混凝土結(jié)構由于溫度的變化而產(chǎn)生很大的拉應力,要把這種溫度變化所引起的拉應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)構施工中最重要的課題。 3 基本措施 針對該工程的實際情況,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。細骨料采用中粗砂,其細度模數(shù)為218。它比采用細砂,每立方米混凝土減少用水量20kg左右,水泥相應減少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,有效地補償混凝土干縮,并在一定程度上補償冷縮,改變混凝土分子結(jié)構組織,增加密實性,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,通過試驗室試配確定了混凝土配合比,采用塔吊運輸,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 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,一次到頂?shù)霓k法,以消除冷凝,增強混凝土的密實性,保證防水質(zhì)量。 根據(jù)計算混凝土內(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,以實現(xiàn)混凝土的自養(yǎng)護,終凝后覆蓋二層草袋,混凝土養(yǎng)護時間不少于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,對底板混凝土的上、中、下進行布點觀測,以便采取相應的技術措施,防止混凝土開裂。 本工程測點共設4點,每點設上、中、下三個測溫孔。在混凝土澆筑前,用鋼管預先放置在底板內(nèi)并高出板頂100mm,并固定于底板筋上,鋼管下口事先封死,溫度計頂端與預埋管之間用保溫材料塞嚴,防止水分浸泡,并做好測溫點的編號。采用玻璃溫度計,溫度計在管內(nèi)停留不少于5min, 當溫度計在管內(nèi)抽出時,立即讀出溫度值。混凝土澆筑后1~5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。- 1材料消耗量如何確定?
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