大体积混凝土温度裂缝控制的思考

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  【摘 要】 盐城凤凰文化广场工程主楼筏板基础厚度分别为1.6m、1.8m,最厚处达4.5m。本文介绍了该工程大体积混凝土施工的主要技术措施和充分利用混凝土外加剂抗裂防渗性能的做法。分析了外加剂对大体积混凝土温度裂缝控制的作用机理,提出在确保大体积混凝土温度裂缝控制的前提下,适当放宽大体积混凝土温控指标,充分利用外加剂的抗渗防裂作用,以节约施工成本的设想。
  【关键词】 大体积混凝土;JM-Ⅲ;聚丙烯纤维;温控指标
  1.工程概况
  盐城天宇广场工程为商住建筑,地下2层、地上23~32层,基础深约11m。工程包括地下车库及人防、裙房(6层,为商业用房)2栋办公楼及三栋住宅楼(1#~3#楼32层),总建筑面积245650㎡。筏板基础东西长185m,南北宽124m;1#~3#楼筏板基础厚度分别为1.8m,局部厚度达4.5m,裙房筏板基础厚0.6m,办公楼为23层,基础底板厚度为1.6m。三段筏板基础间设有0.9mm宽的后浇带,整个基础混凝土量约17820m3。筏板基础采用C40S8防水混凝土,按设计要求,防水混凝土内掺加10%低碱UEA-1V膨胀剂置换水泥(实际施工时改为掺加10%左右JM-Ⅲ混凝土抗裂防渗增强剂),同时掺加掺量不少于0.8kg/m3聚丙烯纤维。
  2.施工特点
  ⑴筏板基础厚度为1.6m、1.8m,电梯井处厚度达4.5m,混凝土温度裂缝控制难度较大。
  ⑵混凝土强度等级较高(C40),混凝土中水泥、粉煤灰、膨胀剂等在水化时放出大量热量,导致混凝土内部温升较快。
  ⑶在基础施工期间(2014年1月15日~22日)时正值冬季气温较低时,混凝土内外温差较大,对大体积混凝土温度控制带来不利。
  ⑷基础浇筑时正值春节(2014年1月31日为春节)前夕,部分工人思想不稳定,急于退场,可能给混凝土施工质量带来不利影响。
  ⑸筏板抗渗等级为S8,要求具有良好的抗渗性,对原材料的质量、混凝土的施工要求较高。
  ⑹防水混凝土中掺有10%JM-Ⅲ混凝土抗裂防渗增强剂和聚丙烯纤维,对提高混凝土抗拉强度,控制温度裂缝有利。
  3.施工技术措施
  3.1合理安排施工区段
  施工时根据后浇带划分成4#楼区段(1月15日~16日浇筑,混凝土浇筑量2810m3)、裙楼区段(1月18日~19日浇筑,混凝土浇筑量5460m3)、1#~3#楼区段(1月22日~26日浇筑,混凝土浇筑量8650m3)三次浇筑,每段均由北向南进行;浇筑时设两台泵车,每台泵车固定其施工区域,便于混凝土浇筑使用。
  3.2降低混凝土温升
  为降低混凝土水化热,减少混凝土收缩变形,增强混凝土抗渗性。应尽可能选用水化热较低的水泥(实际使用42.5级普通水泥),尽量减小水泥用量并掺加粉煤灰。粗骨料采用粒径5~31.5mm碎石,连续级配;细骨料采用细度模数为2.8的中砂,砂石含泥量均控制在1%以内。其配合比设计为:水泥:砂:石子=1:1.5:2.24,水灰比為0.36,粉煤灰、JM-Ⅲ掺量均为40kg/m3,聚丙烯纤维0.8kg/m3,砂率0.4,坍落度为140mm~160mm。
  3.3劳动力组织
  由项目经理任混凝土浇筑总指挥,按地面与施工面分别配备人员,地面人员负责混凝土运输车调度、收方、设备准备、机电维修、混凝土坍落度及温度测定、试件制作、浇灌后测温等工作。施工面人员负责浇筑、振捣、养护安排、砖胎模及钢筋检查、安全管理等工作。
  重点抓振捣、收平两个重要环节,按泵车放料、装拆管、洗管、插锹、收平、料控、护模护筋等工序配备操作人员,配备时考虑两班或三班作业。
  3.4混凝土施工工艺要点
  3.4.1混凝土浇筑过程中,为防止混凝土流淌面过宽,视情况采取混凝土前方插板封堵,根据混凝土输送能力,估算浇筑宽度,循环浇筑,确保浇筑的连续性。在保证混凝土不出现冷缝的前提下,减缓浇筑速度,采取薄层推移,利用分层斜面进行自然散热。
  3.4.2筏板局部混凝土厚度较大处,先浇筑至筏板底标高,再按浇筑顺序浇筑筏板混凝土。
  3.4.3每台泵车配备4根振动棒,2根主要负责下部混凝土流淌处的振捣密实,1根主要负责顶部混凝土的振捣,另一根在斜坡中部振捣。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。
  3.4.4混凝土必须逐层振捣密实。作到插点均匀、快插慢拔,上层振捣时要插入下层50~100mm。每点振捣时间以20~30s为宜,混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。采取二次振捣工艺,提高混凝土密实度。
  3.4.5由于泵送混凝土坍落度较大,混凝土振捣过程中产生较多泌水和浮浆,因而在每个施工区段利用后浇带或底板外边缘位置设置集水坑,使泌水、浮浆沿斜面流至坑内,并及时排除。
  3.4.6为减少混凝土表面收缩裂缝,控制底板标高及表面平整度,要做到“三压三平”:首先按面标高用平锹拍板压实,长刮尺刮平;其次,在混凝土初凝前由专人用铁滚筒将混凝土表面碾压滚平;最后混凝土终凝前,再用木抹子搓平,以闭合泌水收缩裂缝,并立即进行覆盖养护。
  3.5养护
  混凝土初凝后,及时覆盖塑料薄膜,薄模上加盖草袋,草袋层数通过计算确定。根据现场测温情况,调整保温层厚度,防止气温骤变影响。
  柱、墙插筋处是保温的难点,集水坑、电梯井筒壁容易忽略,要特别注意盖严,防止温差较大或局部受冻。
  当混凝土表面温度与大气温度相差<25oC,降温速率1.5-2oC/d时,方可将塑料薄膜及草袋逐层撤掉。
  3.6测温   基础筏板混凝土浇筑前,需布设测温点。本工程在1#~3#楼施工段各布置六组测温点,每组三个测温孔,每孔间隔500mm,呈等三角形。测温孔以下端封闭的φ20电线管制作,第一孔底部位于底板面标高下50mm(测混凝土表面温度),第二孔底部位于底板中部(测混凝土内部温度),第三孔底部位于底板底标高上500mm处(测混凝土底部温度,为防止测温孔底部混凝土开裂,孔底距板底500mm);各孔中灌入约50mm高水柱。
  采用-100~1000C普通水银温度计测温。每个测温孔内插入一支温度计(温度计尾部用线栓住留在孔外),每次测温时只需将温度计抽出读数,读数加上0.5~1oC作为测定值。温度计必须放到孔底,读数要快速准确,每次测温后及时将孔口用盖子盖严。
  浇筑混凝土时要随机抽测混凝土入模温度及气温;混凝土浇筑覆盖保温层完成后12小时开始测定混凝土及大气温度。前3天每隔2小时测温一次;4-6天内每隔4小时测温一次;7-14天可每隔12小时测温一次。发现温度异常时,必须及时复测,并采取必要的措施。
  筏板混凝土撤去保温覆盖层后,割除露出底板上表面的测温管,灌入C40细石混凝土封堵。
  4.对大体积混凝土温度裂缝控制的思考
  4.1外加剂的作用
  JM-Ⅲ混凝土抗裂防渗增强剂有较好的混凝土强度增强效果,抗裂、防渗效果好,在混凝土硬化过程中能预先产生膨胀应力来抵消混凝土收缩应力;聚丙烯纤维能在一定程度上弥补混凝土的脆性,提高混凝土抗拉强度,限制混凝土裂缝的产生和发展。聚丙烯纤维不但能限制混凝土自身的早期裂缝,而且能限制由于JM-Ⅲ掺量不匀使混凝土局部产生的裂缝。混凝土中同时掺加两种外加剂后,使混凝土中的总孔隙率降低,提高混凝土的抗渗能力。
  4.2测温孔的数量与布置
  根据有关文献,测温点平面距离一般为5~10m,本工程每个施工段面积约为45m*47m=2115m2,需设20~40组左右的测温孔。测温孔数量多,不但增加施工成本,而且增加了测温和后期测温孔封堵工作量。测温孔部位还可能引起混凝土基础渗水。考虑了代表性、可比性,可仅在筏板平面对称区域布置。
  本工程共设四组测温点,分别位于筏板中心筏板最厚处、对角线的1/4处、对称轴的1/4处及筏板边缘,组间距离均大于10m,也较好的完成了测温工作。
  4.3混凝土温度的控制值
  根据计算,混凝土表面需覆盖一层塑料薄膜、两层草袋,4#~5#楼(筏板基础厚1.6m)混凝土内部与表面温差为20.79oC,混凝土表面与气温温差为18.81oC;1#~3#楼(筏板基础厚1.8m)混凝土内部与表面温差为21.88oC,混凝土表面与气温温差为17.72oC,均小于25oC。
  由于浇筑混凝土时,正值春节前夕,草袋供应商已离开盐城,原准备的草袋数量不足以覆盖两层。考虑到混凝土中已掺加外加剂,可适当放宽混凝土内外温差;有些资料上认为,可放宽到30oC。对于厚度大于2.0m的混凝土,资料表明,只要控制温度梯度小于12.5oC/m,可适当放宽内外温差至30~33oC。因此,在筏板基础施工时,筏板上表面除局部厚度4.5m处覆盖一层塑料薄膜两层草袋外,其余均覆盖一层塑料薄膜和一层草袋。
  4.4实际效果
  1#~3#楼筏板基础(厚1.8m)混凝土实测内部与表面温差最大值为35oC,局部增厚(厚度4.5m)处为40oC,均发生于浇筑后的第三天。
  在春节后进场(3月上旬),混凝土撤去保温后,3号楼筏板基础混凝土无裂缝。4#号楼筏板基础(在1#~3#楼筏板混凝土浇筑前就发现有浅表裂缝,下文还要叙述)撤去保温后共发现有四道长约2~3m的浅表裂缝。
  4.5关于4#楼筏板基础裂缝的分析
  在4#楼筏板混凝土浇筑期间,项目部于当晚由专人赴商品混凝土厂家对商品混凝土生产过程进行考察,结果发现有些生产工人相当不负责任,聚丙烯纤维投放随意性大,甚至连包装袋都不拆就投入搅拌机。在混凝土浇筑过程中,发现在混凝土拌合料里有整袋未开封的聚丙烯纤维。我部当即与厂家进行严正交涉,要求立即整改并承担责任。事后查明,1号楼筏板裂缝部位使用的正是这部分混凝土。
  相比较,1#~3#楼筏板基础施工时正值工人退场前夕,晚上浇筑混凝土,第二天工人退场,混凝土的压实、收光质量差于4#楼,但未出现裂缝,也从另一方面说明了4#楼的裂缝与混凝土厂家的混凝土质量有关。
  5.结语
  5.1充分利用混凝土外加剂的作用,以降低施工成本
  目前在大体积混凝土的温控设计中,采取的保温覆盖措施中一般不考虑外加劑的作用。实际施工中,应考虑外加剂的抗裂防渗作用,在大体积混凝土施工时,可以放宽温控指标。有资料表明,放宽的幅度可达20~40oC,即温控指标可为45~65oC之间。笔者以为,施工现场在缺乏一定的试验数据支持的情况下,温控指标从目前的25~30oC放宽为35~40oC还是可行的。
  这就意味着大体积混凝土施工时,可以减薄保温覆盖层(如本文所介绍的工程实例),减少或取消冷却水管等传统做法以节约施工成本。
  5.2加强对混凝土厂家预拌混凝土生产过程控制,以保证混凝土的质量
  要使上述做法可行,加强对混凝土厂家预拌混凝土生产过程的控制必不可少。在选择混凝土供应商时,必须加强对混凝土供应商质量保证能力的考核,选择一级资质搅拌站。项目部与混凝土供应商签订严密的商品混凝土供应合同,在合同中,除包括供需双方常规内容外,从技术和质量方面要有明确的要求和质量后果的责任。对混凝土厂家的生产情况进行定期或不定期检查,尤其是使用大体积混凝土时,要派专人驻厂对生产过程进行全程监控。
  5.3采取混凝土裂缝综合控制措施,确保大体积混凝土温控效果
  为确保大体积混凝土的温控效果,一些常规有效的混凝土裂缝控制措施如降低水泥水化热、掺加粉煤灰、合理选择粗细骨料、二次振捣、“三压三平”、及时养护、严格测温等还需应用。
  参考文献:
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