超高层大体积混凝土基础配合比设计及工程应用.pdf

安徽建筑 2 0 1 4年第 1 期 ( 总 1 9 5期 ) 超高层 大体积混凝土基础配合比设计及工程应用 D e s ig n o n B a s ic F o r mu la t io n o f H ig h a n d M a s s C o n c r e t e a n d it s P r o j e c t A p p lic a t io n 刘 洋 ( 安 徽理 工 大 学土 木 建 筑 学院， 安 徽 淮 南 2 3 2 0 0 1 ) 摘 要 ： 大体积混凝土温度裂缝控制一直是困扰着工程界的一项技术 难题。 文章 以某超高层建筑基础底板 的大体积混凝土施 工为例 ， 对大 体积混凝 土的温度裂缝控制进行 实验和研 究 ， 通过对混凝 土的原材料 优选、 配合比设计、 混凝土的浇筑与养护等具体措施， 有效的控制了大 体积混凝 土温度裂缝的产 生。 同时又保证 了大体积混凝 土结构的整体 性及其耐久性 。 关键词 ： 大体积混凝土； 温度裂缝 ； 配合比 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 4 1 0 2 0 前言 随着建筑物高度不断提高， 建筑基础的混凝土强度等级也 不断提高， 混凝土中的外加剂量不断地加大， 而用水量却不断 地减少。 这些因素的变化使得建筑基础混凝土在水化的过程中 放出更多的热量 ， 由于混凝土的导热系数较低 ， 导致混凝土内 部产生较大温度梯度， 较大的温度梯度使得混凝土内部所承受 的温度应力不断增大。由实验知道 ， 混凝土 自身的抗拉能力较 弱， 当内部的温度应力超过混凝土的极限抗拉能力时就会导致 该混凝土结构产生温度裂缝。 这些裂缝的产生会对建筑的结构 整体性造成危害并且会影响建筑物的正常使用。由于超高层建 筑的对其安全性以及耐久性要求较为严格 ， 所以在超高层建筑 的设计和施工中中尤其是需要注意防止该种温度裂缝的产生。 本文结合具体工程， 主要从混凝土的原材料的选择、 配合比的 确定 ， 混凝土的浇注和养护等方面， 防治大体积混凝土基础温 度裂缝 ， 保证工程的施工质量。 1 工程概 况 广州市某超高层建筑高约 2 0 0 m， 地下 5层， 其 占地面积约 5 1 0 0 m2 ， 采用了筏板基础 +箱型基础的组合形式。该高层基础 由主塔楼底板( A区) 和裙楼底板( B区) 组成， 主塔楼区域采用 2 5 m厚的筏板基础， 其面积约为 2 5 0 0 m ； 裙楼区域采用的厚度 为 1 2 m的筏板基础， 面积约为 l O 0 0 m 2 , 底板混凝土的总的浇筑 量约为 1 5 X 1 0 4 m， ， 混凝土的强度等级为 C 4 0 P I O 。 2 基础底板 混凝土原材料选择 2 1水泥 本工程基础混凝土强度等级为 C 4 0 ， 并且基础的施工要求 大体量的混凝土在短时间内浇注完成，故采用低水化热水泥， 如普通硅酸盐水泥。经测试采用 P 0 4 2 5 强度等级混凝土能达 到工程的要求。本工程中水泥的具体物理性能如下 ： 水泥的细 收稿 日期 ： 2 0 1 4 一 O 卜 O 3 作者简介： 刘洋， 男， 安徽合肥人， 安徽理工大学在读硕士， 研究方向 大体积 混凝土和房屋建筑结构裂缝 。 度为 0 5 ； 初凝时间为 1 5 0 mi n ， 终凝时间为 2 0 0 rai n ； 安定性合 格； 3 d 、 2 8 d抗折强度分别为 5 2 MP a 、 8 O MP a ； 3 d 、 2 8 d的抗压强 度分别为 3 3 O M P a 、 4 9 2 M P a 。 2 2骨料 混凝土的抗裂能力与混凝土中骨料的级配是否良好有直 接关系。级配良好的骨料能有效的增强混凝土抗裂性能， 改善 混凝土拌合物的流动性和降低单方混凝土的水泥用量， 达到降 低混凝土的水化热、 防治混凝土温度裂缝的目的。 在骨料中， 含 泥量会对混凝土的强度、 徐变等基本性能产生不利的影响。含 泥量过大的骨料会使混凝土的收缩变强， 使得混凝土抗拉强度 变低， 导致混凝土易产生裂缝。故在本工程中对骨料的要求如 下 ： 粗骨料选用 5 m m 2 5 mm连续级配 的花 岗岩石子 ， 含泥量为 0 4 ， 针状 、 片状 颗粒 含量 为 5 ， 表观 密度 为 2 6 2 0 k g m3 , 堆积 密度为 1 4 2 0 k g m。 ；细骨料选用西江的中粗砂 ，其细度模量为 2 5 ， 表观密度为 2 6 2 0 k g m ， 堆积密度为 1 5 2 0 k g m 。 2 3粉煤灰 由相关实验证明： 在混凝土掺加一定量的粉煤灰( 替代部 分水泥) ， 一方面能减少水泥的用量， 降低拌合物中的 c 的浓 度和碱的浓度 ， 改善了混凝土拌合物的泌水现象和坍落度损失 情况 ， 抑制混凝土中的碱一骨料反应 ， 另一方面能降低单方水 泥所产生的水化热防止混凝土出现温度裂缝 ， 起到改善混凝土 的施工性能、 增大混凝土的密实度、 提高混凝土耐久性的作用。 本工程中选用 I 级磨细粉煤灰粉煤灰 ， 其细度为 5 0 m ， 筛余 量为 1 5 ， 安定性合格， 需水量为 9 0 ， S O 含量为 3 ， 烧失量 为 5 。 2 4矿粉 掺加矿渣粉可以提高混凝土的和易性 ， 延长混凝土的水化 时间， 减少混凝土在早期水化时的水化热。本工程选用 $ 9 5 矿 渣粉，在混凝土的掺量为 1 5 ，其 7 d的活性指数为 7 4 ， 2 8 d 的活性指数为 9 8 。 2 5缓凝剂 与减水剂复配， 调整混凝土的凝结时间， 通过缓凝的方法 为基础大体积混凝土的施工争取时间， 减少基础底板混凝土冷 缝的数量 ， 延缓混凝土水化热的释放， 推迟混凝土热峰出现的 时间 。 3 混凝土配合比的设计 根据相关规范对该超高层建筑基础混凝土进行配合比设 计和试配， 混凝土试配原则如下： 在保证基础工程设计所规定的强度、耐久性的前提下， 每 1 m 。 的混凝土中胶凝材料总用量不得小于 3 0 0 k g ，其水胶比 不大于 0 4 0 ； 使用高效的减水剂， 控制基础底板的混凝土的坍落度在 1 8 0 mm左右 ； 掺加粉煤灰和矿渣粉能有效降低大体积混凝土的水化 热， 并提高混凝土的后期强度； 施 工 技 来 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 重 2 0 1 4年第 1期( 总 1 9 5期 ) 安徽建筑 一 一_一l - =1 - 一 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 考虑骨料对混凝土的性能影响以及其对施工过程的影 响。 本工程中混凝土底板采用 C 4 0级商品混凝土， 抗渗等级为 P 1 0 ， 基础混凝土采用越堡金羊 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥水泥 、 西江中砂 、 碎石等材料。 通过水泥强度及工程所需的混凝土强度计算出水灰 比为 O 3 8 ， 再结合理论用水量和相关减水剂等 l- J I 剂计算实际的用 水量为 1 5 0 k g m 。 考虑到骨料对混凝土的强度及其施工方面的 影响 ， 将骨料的用量控制在 1 4 0 0 k g m 左右 ， 砂率控制在 4 0 左右， 经过相关理论计算和实验得到混凝土的配合比如下表所 示。 混凝- I- i合 比设计( 单位 ： k g ) 4 大体 积混凝土温度测量 本工程测温采用一线通测温仪，使用 WZ C 一 0 1 0铜热电阻 测量底板混凝土内部温度。底板温度监测点布置： 本工程在底 板上设置了 1 4个温度测量点和 2 个大气温度测量点。测温点 的布置及其构造详图如图 1 所示。 大 气 温 度 测 量 点 图 1 混凝土底板测温点 的布置及其构造详图 混凝土浇筑完成后， 立即即开始测温工作。该工程中所需 测量的温度有大气温度、 混凝土的人模温度 、 各个测温点的温 度等。 在混凝土的升温阶段， 每 2 h 测量一次， 降温阶段每 4 h测 量一次 ， 8 d后当测量内外温差小于 2 5 时， 可停止测温。如果 温差仍大于2 5 q C 时， 继续保持监测。 以8号测温点为例， 8号测 温点的温度变化曲线如图 2所示。 4 1 大体积混凝土基础底板 温度分析 由图 2 可知， 底板混凝土在混凝土浇筑后 3 d 5 d处于温度 升高阶段 ， 以后混凝土的温度不断的下降。底板中心混凝土的 温度升高较快( 中心温度 ) ， 而且由于混凝土的导热性能较差 ， 故该区域混凝土的温度值最高。 表层混凝土的温度升降较为平 缓( 表层温度) ， 由于表层混凝土散热效率较高， 混凝土产生的 水化热能够及时散失到空气中， 使得该区域混凝土温度处于一 种较低的状态。基础底部混凝土的温度较高( 基底温度 ) ， 由于 该区域混凝土受到地基以及上部混凝土的“ 保温” 作用， 该区域 的混凝土产生的水化热不能及时散失N I- 界环境中， 故其温度 一 直处于一种稳定并且一直保持较高的温度。 5 混凝土的浇注及其后期养护 高层建筑基础底板 A区和 B区板厚不同，故分两个阶段 来施工， 第一阶段先浇筑 A区的混凝土直至混凝土浇筑高度与 B区标高相同为止。第二阶段是在第一阶段完成之后立即接管 到 B区最西侧， 从 B区的最西侧整体向东浇筑混凝土。由于底 板混凝土面积较大， 要保证下层混凝土在初凝前被上一层混凝 土覆盖， 采用斜向分层浇筑方法， 分层的厚度取 5 0 0 ra m， 一方面 增大底板混凝土散热面积，有利于减小混凝土内部积聚的热 量， 另一方面使得振捣后混凝土产生的泌水能沿着斜坡排走。 在混凝土浇注完毕以后马上覆盖保温薄膜进行养护， 然后 再在保温薄膜上覆盖三层麻袋 ， 并洒少量水将麻袋湿润， 最后 在覆盖防雨 薄膜 。 6 结论 本工程基础底板混凝土在高温季节并一次性浇筑完成， 采 用有效的施工措施使该基础底板大体积混凝土的质量得到了 很好的保证 ， 经相关部门检测， 基础底板混凝土表面和侧面未 发现干缩裂缝和温度裂缝 ， 更未发现贯穿性裂缝 ， 保证该基础 底板的结构整体性，达到预期的防治大体积混凝土裂缝的目 的。 对混凝土的原材料优化选择 ， 对混凝土的配合比进行优 化处理 ， 提高了混凝土自身的抗拉能力， 减小了混凝土产生裂 缝的几率。 采用低水化热水泥， 降低水灰比， 合理掺加粉煤灰和矿 渣粉等措施有效的减小了大体积混凝土结构内部热量的积聚。 及时对大体积混凝土进行温度检测， 采取有效养护措施 降低混凝土的内外温差， 能有效的避免环境对大体积混凝土结 构产生的影响。 参考文献 1 】 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 普通混凝土配合比设计技术规程 【 s 北京： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 1 1 2 王铁梦 工程结构 裂缝控制 M 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 7 3 黄允宝 大体积混凝土的配合比设计及其工程应用U 】 江苏建筑， 2 0 0 6 (2 )