大体积混凝土基础施工与温度控制技术.pdf

2 4 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 3 卷 第 1 期 2 0 1 2年 1月 Vo 1 4 3 N o 1 J a n 2 0 1 2 大体积混凝土基础施工与温度控制技术 李大华 ，胡志勇2 ，陈艳梅 ( 1 安徽建筑 工业学院机电学院， 2 3 0 6 0 1 ， 合肥 ； 2 中建三局安徽广电中心项 目部 ， 2 3 0 0 2 2 ， 合肥 ； 3 中建一局安徽 分公 司， 2 3 0 0 2 2 ， 合肥 ) 摘要 ： 安徽省新广电中心项 目一期工程 中的主楼简体基础承 台C T 一 1 ， 其厚度达3 5 m， 属大体积混凝土结 构 ， 为克服大体积混凝土因水化热过高产生裂缝，施工采取优化混凝土配合比、 设置后浇带 、 斜面分层浇筑和实 施混凝土浇筑后温度监测等一系列措施 ， 成功控制了温度和混凝土裂缝 的产生 ， 确保了该大体积混凝土基础承 台的施工质量。 关键词 ： 大体积混凝土 ； 基础承台 ； 温度控制； 裂缝控制 中图分类号 ： T U 7 5 3 2； T U 7 5 5 7 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 2 4 0 3 TECHNOLoGY oF CoNS TRUCTI ON AND TEM PERATURE CoNTRoL OF M_ASS CoNCRE I E FOUNDATI ON L I D a - h u a ，HU Z h i - y o n g ，CHE N Ya n - me i 。 ( 1 S c h o o l o f Me c h a n i c a l and E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g A n h u i U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e ，2 3 0 6 0 1 ，H e f e i ， C h i n a ； 2 P r o j e c t o f t h e R a d i o and T V B r o a d c a s t i n g C e n t e r o f An h u i P r o v i n c e ， C h i n a C o n s t r u c t i o n T h i r d E n gi n e e ri n g B u r e a u ， 2 3 0 0 2 2 ， He f e i ， C h i n a ；3 A n h u i B r a n c h o f C h i n a C o n s t r u c t i o n F i rst D i v i s i o n C o ，L t d ，2 3 0 0 2 2 ，H e f e i ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h i s a r t i c l e f o c u s o n t h e fi r s t p h a s e o f t h e p r o j e c t o f A n h u i P r o v i n c e N e w B r o a d c a s t i n g C e n t e r Th e C T一1 ， t h e t hi c k n e s s o f s h a p e o f t h e ma i n c y l i n d e r b a s e d c a p s i s 3 5 m，wh i c h b e l o n g s t o t h e Ma s s i v e c o n c r e t e s t r u c t u r e I n o r d e r t o o v e r c o me t h e c r a c k c a u s e d b y e x o r b i t a n t o f t h e h y d r a t i o n h e a t i n mass i v e c o n c r e t e ，t h e p r o j e c t t a k e s e v e r a l m e a s u r e s i n c l u d i n g O p t i m i z e d o s a g e o f c e m e n t c o n c r e t e m i x t u r e ， s e t t i n g p o s t - c a s t s t rip ，c a n t l a y e r e d c a s t i n g ，a f t e r i mp l e me n t i n g c o n c r e t e p o u r i n g t e mp e r a t u r e mo n i t o r i n g ， a n d S O o n Al l t h e s e me a s u r e s r e s t r a i n t e mp e r a t u r e a n d c o n c r e t e c r a c k s u c c e s s f u l l y ， g u a r a n t e e t h e c o n s t ruc t i o n q u ali t y o f ma s s i v e c o n c r e t e f o u n d a t i o n c a p s Ke y wo r d s ：ma s s i v e c o n c r e t e ；f o u n d a t i o n c a p s ；t e mp e r a t u r e c o n t r o l ；c r a c k c o n t r o l 安徽省新广电中心项 目一期建设工程分为东 、 西 两区。 东区主要包括主楼、 裙楼、 动力中心等 。 建筑面积 为2 2 7 8 万m 2 ， 其中主楼地下2 层， 地上4 6 层 ， 建筑结构高 度 为2 2 6 7 0 0 m， 塔尖高度 为2 7 6 7 0 0 m， 结构体系采用 框架一 核心筒结构 。主楼简体承 台基础( C T 一 1 ) 形状为 部分圆环形 ，内弧长4 9 7 1 5 m，外弧长7 6 7 9 9 m， 宽 1 7 3 7 8 m， 厚3 5 m。混凝土面标高为一 1 0 2 0 0m。 混凝土 强度等级均为C 3 5 ， 抗渗等级为P 8 ， 属大体积混凝土。 1 混凝土原材料及配合比技术要求 1 1 原材 料要 求 ( 1 )水泥： 在满足强度和耐久性等要求的前提下， 选用水化热较低的 P 0 4 2 5级水泥。 ( 2 )砂： 细度模数为2 6 ， 级配区间为 区中砂， 含 泥 量为0 8 。 ( 3 )石子 ：选用粒径为5 3 1 5 mm连续级配石子 ， 表观密度为2 6 6 0 k g m3 ，压碎指标为6 4 ，含泥量为 收稿 日期 ： 2 0 1 1 -l 1 2 4 基金项 目： 住建部软科学项 目( 2 O O 9 一 K 6 3 2 ) 作者简介 ： 李大华( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 安徽安庆人 ， 副教授 ， 国家一级建造师 ， 主 要研究方 向为 土木工程施工，e ma i l ： l d h 2 0 0 6 a 1 6 3 c o rn 0 3 ， 针片状颗粒含量为6 4 。 ( 4 )掺合料 ： 选用 I 级粉煤灰 ， 细度为8 5 ； 矿粉 细度为6 9 ， 7 d 活性指标为6 9 。 ( 5 )外加剂：S Y G型膨胀抗裂剂和C L 一 1 高效缓 凝减水剂 ，其各项性能指标须符合 混凝土外加剂 ( G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ) 的规定要求。 1 2 预拌混凝土配合比 选用大型搅拌站供应的预拌 混凝 土 。配合比设 计 时尽量减小每ms 水泥用量和用水量 。增加混凝土 拌合物 的凝结时间 ， 改善混凝土工作性能和可靠性 。 经过试配验证和水化热验算 ，最终选定 混凝土配合 比如表1 所示 。 1 3 混凝土初凝时间要求 为确保底板混凝土浇筑时不出现冷缝 ，降低混凝 土内部水化热 、 延缓水化热峰值 ， 要求预拌混凝土初凝 时间不能少于1 4h ， 终凝时间为1 6 1 8 h 。 2 施工方法 2 1 基础承台 C T 一 1混凝土浇筑工艺流程 测量放线_ + 固定地泵、汽车泵 接泵管- 浇筑混 2 0 1 2年 1 月 李大华 。 等 ： 大体积混凝土基础施工与温度控制技术 2 5 表 1 基础承台 C 3 5 ( P 8 ) 混凝土配合 比 掺合料 石子 外加剂 材料名称 水胶比 砂率， 水泥 砂 水 矿粉 粉煤灰 5 3 1 5 mm C L 一 1 S Y G 材料用t ( k g m3 ) 0 4 4 3 9 2 9 8 4 8 5 2 1 1 0 3 7 9 8 6 8 4 0 1 7 5 配合 比 1 l 2 1 3 2 7 7 2 m 1 7 1 O 0 44 凝土 混凝土养护 测温。 2 2 承 台混凝 土浇 筑 C T 一 1 混凝土浇筑方案采用斜面分层 ， 分层厚度不 大于0 5 m，混凝土 自然流淌角度为2 0 。 ，斜面长度为 3 5 s i n 2 0 。 = 1 0 2 ( m) ， C T l 宽度约为1 7 m， 每层 浇筑所 需混凝土为0 5 x 1 0 2 x 1 7 = 8 6 7( m3 ) 。按常规1 台输送泵 每h 混凝土浇筑量为3 0 m ， 3 台输送泵并排浇筑 ，则每 层混凝土浇筑完所需时间为8 6 7 ( 3 0 x 3 ) = 0 9 6 h 。 C T 一 1 及周边底板混凝土以后浇带为界 。 分两段浇 筑， 每段浇筑方量约3 3 0 0 m s ， 则每段浇筑时间为： ( n x N ) = 3 3 0 0 ( 3 x 3 0 ) = 3 6 7 ( h ) 。 混凝土浇筑的泵管布置及施工流向如图1 所示 。 图 中虚线为混凝土浇筑方向。 人 口 图 1 基础承台 C T - 1混凝土浇筑泵管布置及混凝土浇筑线路示意 1 一 泵管 l ； 2 一 泵管2 ； 3 一 泵管3 ； 一一一 布置线路 2 3 承台上部钢筋型钢支撑 承台上部钢筋网片采用1 0 号槽钢支撑， 在承台中 部设有钢筋网片1 2 2 0 0 x 2 0 0 ( 图2 ) ， 以防混凝土内裂 缝的产生。 n n1 n n n n n n n n n n n nn n c c ， 1I c ， c c ， c ， c ， c ， t I c ， c ， c c t c ， Ic c ， _ 】 0 F 4 增 设 钢 筋 网 片 一 1 2 2 0 0 x 2 0 0 ， 0 0 n n 0 n 1 L 5 O x 5 L 5 0 x 5 垫铁板 保护层 承台下层 钢筋 Q C 0 n n 0 Q 工 l 上豳 豳豳 一 一 一网 一 图 2 基础承台 C T 一 1混凝 土浇筑示意 2 4 后浇 带模板 施 工 由于C T t 高3 5 n l ， 后浇带侧模板横向采用钢筋做 骨架( 2 5 1 0 0 ) ， 纵向采 用1 4 号槽钢 ， 间距5 0 0m m， 与 整个承台的钢筋型钢支撑焊接相连 ，表面封快易收 口 网3 层。 后浇带用比原构件强度等级高一级的无收缩混 凝土浇筑密实， 并加强养护。 3 大体积混凝土质量保 证措施 3 1 大体积混凝土绝对温升值确定 基础底板混凝土浇筑时间在5 月 ， 大气温度取 为 2 5 。 混凝土浇筑完毕后立即进行蓄热法养护 ： 表面覆 盖1 层塑料薄膜 ， 3 层稻草席 ， 再覆盖1 层塑料薄膜 ； 侧模 采用外裹阻燃麻袋加稻草席 。 混凝土收平后 ， 立即用塑 料薄 膜覆 盖 ， 覆 盖时 间以混凝 土初 凝 时间 为宜 ， 养 护 1 4 d 。通过以下计算 ， 确定保温厚度满足养护要求。 每m3 混凝土水泥用量m c 为2 9 8 k g ， Q为每k g 水泥水 化热， 取3 7 0k J ， C 为水泥比热容 ， 取0 9 6 k J ( k g K) ， P 为 混凝土密度 ， 取2 4 0 0 k g m3 , 粉煤灰用量为5 2 k g ， 水化热 取5 2 k J k g 。 ( 1 )混凝土最大绝热温升值 ： 计算 ： T = r n c Q C p = ( 2 9 8 x 3 7 o + 5 2 x 5 2 ) ( 0 9 6 x 2 4 0 0 ) = 4 9 0 3 ( o C ) ( 2 )混凝土中心温度 计算 ： = 式中 ： 为混凝土浇筑温度 ， 取2 5 ； ( t ) 为降温系 数 。分别计算得到的3， 7， 1 5 d 的中心温度为： 圆 = 2 5 + 0 7 5 4 9 0 3 = 6 1 7 7 ( o C) ； 7 l= 7 0 4 6 ( 2 ； 瓦1 5 )： 5 3 7 2 。 ( 3 )混凝土表面温度( 计算( 以第7 d 为例) ： 死= + 4 h ( H- h 3 A 日 2 = 2 5 + 4 1 5 8 3 ( 6 6 6 6 - 1 5 8 3 ) x 4 5 4 6 6 6 6 6 2 5 7 9 3 ( ) 式中 一室外平均气温 ， 取2 5 ； H 一混 凝土计 算厚 度 ( m) ， H- h + 2 h 5 + 2 x 1 5 8 3 = 6 6 6 6 ( m) ； 一混凝土虚厚度( m) ， h = k A fl = O 6 6 6 x 2 3 3 0 9 8 = 1 5 8 3 ( m) ； 混凝土实际厚度 。 取3 5 m； A 混凝土热导率取2 3 3 W ( m K ) ； 模板及保温层的传热系数 ( W， m K) ， =1 ( 叭 + 1 概 ) = 1 ( o 0 0 2 0 0 4 + 0 0 6 2 6 建筑技术 第 4 3卷第 1 期 0 0 6 5 + 1 2 3 ) = 0 9 8 W ( r n K) ； A 厂一 各种保温材料热导率 W ( m K) ； 计算折减系数 ， 取0 6 6 6 ； 母一各种保温材料厚度 ( m) ； 一 空气层的传热系数 W ( m 2 K) ， 取2 3 ； 厂混凝土内最高温度与外界气温之差( o c) ； ( 4 )混凝土中心温度与表面温度之差( 以7 d 为例) ： 仃 l一 = 7 0 4 6 5 7 9 3 = 1 2 5 3 2 5 C ， 满足规范要求。 3 2 混凝土内自约束裂缝控制计算 大体积混凝土浇筑时 ， 由于水化热作用 ， 中间温度 高 ， 表面温度低 ， 引起混凝土外部质点与内部质点相互 约束 ， 使表面产生拉应力 ， 内部产生压应力。温度产生 的最大拉应力和最大压应力可分别按下式计算。 最大拉应力： o r l (t ) = 2 3 ( o , a r , ) ( 1 一 ； 最大压应力 ： o , 0 = 1 3 o L A ) ( 1 一 ； 式中 E ft 厂混凝土龄期弹性模量( N mm 2 ) ； 混凝土的线膨胀系数( 1 尸 c ) ， 取1 0 x l 0 - 5 ； 混凝土中心与表面之间的温差( ) ； l 一混凝土的泊松比 ， 取0 1 5 ； 以7 d 拉应力计算为例 ： E = E 。 ( 1 一 e 一 0 0 9 f ) = 3 1 5 x 1 0 ( 1 2 7 1 8 。 = 1 4 7 x 1 0 4 ( N ra m ) o 1 c 0 = 2 3 ) ( 1 一 ) = 2 3 ( 1 4 7 1 0 4 x 1 0 1 0 _ 5 1 2 6 7 ) ( 1 0 1 5 ) = 1 4 6( N m m 2 ) f = 1 5 7( N m m2 ) 。 同 理 ， f3 ) = O 7 7 N m m 2 、 o 1 f = 1 0 8 N m m 2 均 = 1 5 7 N m m2 。 故混凝土按既定方式养护 ， 由于内外温差引 起的自由约束将不会出现裂缝。 3 3混凝 土温 度监测 采用热敏电阻加电子计算机的 自动化测温方案 ， 由测温软件 自动记录， 自动生成曲线 ， 当混凝土内外温 差达到施工规范要求的温差值时 ， 系统即可 自动报警。 测温 点平面布置与混凝 土浇筑方 向平行纵 向排 列 ， 根据C T 一 1 平面尺寸 ， 适宜布置4 组测点 ， 每组测点 沿混凝土厚度在底部、中部和表面均匀布置3 个测点 ， 上测点距表面、 下测点距底面均 为1 0 0m m， 并须对保 温层和大气层 中的温度进行监测( 图3 ) 。 4 实施效果 从整个温度监测结果( 表2 ) 可看出， 基础底板4 组 测温点分别在混凝土浇筑后5 7 d 温升至温度峰值 ； 从 各测点的降温曲线分析 ， 降温过程平稳 ， 降温速率平均 下降控制在1 5 d 内 ， 各测试位置的相邻测温点温差 均未超过监测报警温差2 5 ， 均在温控要求数值内 ， 未 产生较大的温度梯度。 ( b) 图 3 C T I 测温点布置示意 ( a ) N温点平面布置 ； ( b ) 沿混凝土深度测温点布置 表 2 现场计算机 自动测温之最高温度及温差 混凝土厚 中心最高温度 中心与表面 出现时间 测区 结论 m C 最大温差， ， h 01 3 5 7 0 4 2 2 1 1 2 0 0 2 3 5 7 1 - 2 1 9 1 2 3 2 5 0 3 3 5 6 7 6 2 3 2 1 1 2 5 0 4 3 5 7 1 6 2 08 1 3 8 5 5 结语 大体积混凝土温度是施工过程中须严格控制的指 标 ， 本工程结合工程特点 ， 用科学理论指导工程 实践 ， 对大体积混凝土施工进行事前、 事 中、 事后控制 ， 通过 优选原材料、 优化配合比、 优化混凝土浇筑方案和蓄热 养护等一系列措施的综合运用 。底板混凝土没有产生 裂缝 ， 最大温度差和最大温度应力均得到控制， 现场测 温结果 符合 大体 积混凝 土施工规 范 ( G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ) 、 混 凝 土结 构 工程 施 工质 量 验收 规 范 ( G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ) 大体积混凝土测温规范要求 ， 强度 也达 到要求 ， 工程质量控制取得了预期效果 ， 为主体工程的 顺利进展奠定了基础 。 参考文献 1 朱伯芳 大体积混凝土温度应力与温度控制研究 M 北京 ： 中国电 力出版社 ， 1 9 9 9 2 叶 雯 ，杨永民大体积混凝 土施工温度监测及其温度 应力分析 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ， ( 9 ) ： 1 04一 l O 7 3 王铁梦工程结 构裂缝控制 M 北京 ：中 国建 筑工业出版社 ， 2 0 0 4 4 建 筑施工手册 M 第4 版北京：中国建 筑工业 出版社 ， 2 0 0 3 5 彭立海 ， 阎士勤 ， 张春生 ， 等 大体积混凝土温控 与预防 M 郑 州： 黄河水利 出版社 。 2 0 0 5