天津津塔4m厚基础底板混凝土温度控制措施分析.pdf

2 0 1 0 年 第 6期 (总 第 2 4 8 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 O1 0( To t a l No2 48) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0L OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 l 0 0 6 0 3 7 天津津塔 4 m 厚基础底板混凝土温度控制措施分析 程峰 ( 北京双圆工程咨询监理有 限公司 ，北京1 0 0 0 2 2 ) 摘要 ： 介绍了超高层建筑底 板 4m 厚大体积混凝土 的温度控制措施 ， 包括优化配合 比、 性能测试 、 模拟试验 等内容 ， 对 比分析其他基础 大体积混凝土的T程实例 ， 提出了基础大体积混凝土温 度控制技术措肓 缸 的关键点。 关键词 ： 大体积混凝土 ；配合 比优化 ；性能测试 ；模拟分析 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 6 4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 1 2 1 0 3 An a l y s is o n t e mp e r a t u r e c on t r o l t e c h n o l o g y o f 4 m- t h ic k f o u n d a t i o n s l a b i n T i a n j i n J i n t a P l a z a CI t ENG F e n g ( B e i j i n g S h u a n g y u a n E n g i n e e r i n g Co n s u l t a t i o n&S u p e r v i s i o n C o L t d ， B e ij i n g 1 0 0 0 2 2 C h i n a ) Ab s t r ac t ： T hi s p a p e ri n t r o d u c e s t e mp e r a t u r e c o n t r o l t e c h n o l o g yo f 4 m- t hi c kma s s c o n c r e t e ， i n c l ud i n gmi xp r o p o r t i o n i n go p t i mi z i n g， t e s t a n d s i re u l a t i o n a n a l y s i s Ba s e do no t h e r e x a mpl ema s s c o n c r e t e c o n s t r uc t i o n， t h ek e yo f t e m p e r a t u r e c o n t r o l t e c hn o l ogy f o r m a s s c o n c r e t e s h o u l dp ut f o r wa r d Ke y wor ds ： ma s s c o n c r e t e ； mi x p r o p o r t i o ning o p t i mi z i n g； t e s t ； s i mu l a t i o n a n a l y s i s 0 引言 天津津塔 - 程地上建筑面积 2 6 万 i n ， 功能包括超五星酒店 、 高档写字楼 、 商业 、 娱乐等 ， 其 中主塔楼 建筑 高度 3 3 6 9 I 1 1 ， 为超 高层建筑。 本 _ 程主塔楼基础底板为筏板基础， 面积约 6 4 0 0 m ， 顶标高为一 l 9 7 O 、 一 2 1 3 0 I I l ， 厚度为 41T I ( 局部深坑厚度 为 l 1 8 m) ， 混凝土强度等级为 C 4 0 S 1 0 ， 拟采用一次斜面到顶、 分层连续浇 筑 ， 采用混凝 土泵加溜槽输送方式。 ( 1 ) 对工程施T及质量控制难点分析 。混凝 土设计强度 等级较高 ， 胶凝材料用量大 ， 混凝土绝热温升较高 ， 浇筑施T期 处于一年中温度最 高的夏季 ； 基础底板一 次连续 浇筑混凝土 超过 2万 m， ， 1 二 程地处城市 中心区 ， 混凝土组织供应 及交通管 理难度很大 ， 需要科学组织保证 混凝土 的连续供应及浇筑 ， 防止 【叶 J 现冷缝 ； 混凝土浇筑及养护难点较 多， 基坑最深处达 2 5 3 m， 基坑内支撑系统复杂影响 泵管及溜槽搭设布置， 混凝土流淌 长度大 、 难 以在浇筑 过程 中进 行分层控制 ， 混 凝土防 裂养护要 求高 ； 在保证 良好 的施工性能 、 抗裂性能 的同时 ， 要保证混凝 土后期强度的稳定增长， 保证抗渗等各项性能指标的要求， 需优 化混凝土的材料及配合比。 本_ 程主塔基础底板厚度大， 从 4 0 l 1 8 0 m( 局部 ) ， 如何 有效 降低水 化热 、 控制 内外温差 、 预防温度应力开裂 、 实现设计 及规 范的要求 ， 成 为制订技术措施的核心问题 。 1 主要技 术措 施 1 1 优化 及初 选混 凝 土配合 比 结合类似工程的经验 ， 根据当地的材料等情况 ， 进行正交 试 验 ， 选用水 泥品种 、 水胶 比、 胶凝材料用 量 、 粉煤灰掺 量 4个 收稿 日期 ：2 0 1 0 _ J0 1 2 0 因素， 每个因素设定 3个水平， 制汀正交试验安排表， 因素与水 平表见表 1 。基于大体积混凝土需要掺加大掺量矿物掺合料的 原则 ， 对第一轮 九组试配的 2 8 d强度极差分析后 ， 选择水 泥品 种为 P O 4 2 5 ， 水胶 比为 0 4 1 0 4 2 ， 胶凝材料 用量 为 4 0 5 、 4 2 0 、 4 4 0 k g m ， 矿物掺合料为 4 0 ， 进行第二轮六组试配试验， 并对 6 0 d强度进行对比分析， 经过适当凋整， 初步提 两组配合比 及 2 见表 2 。 表 1 正 交试验 因素与水平表 躬 而 1 2混凝 土性 能对 比测试 对初步确定 的 1 及 2 两 组配合比 ，通过试验检测混凝土 各项性能是否满足施工及设计强度等要求， 并提供数据作为模 拟计算分析的参数， 测试项目见表 3 。 ( 1 ) 测试 对 比 1 及 2 配合 比混凝 土绝热温升 如图 l ， 测试 发现 1 d内温升缓慢 、 1 d后开始显著上升 ， l 配合比 5 d达到 温峰， 温升为 4 1 2； 2 配合比 6 d达到温峰， 温升为4 9 8。 C， 总体看绝对温升数值不高、 持续时间较长， 有利于控制温度梯 度 ， 其 中 2 配合 比由于采用矿粉替代 部分粉煤灰 ， 所以温升值 高 、 持续时 间长 。 1 2l 表 3 混凝土性能对 比测试表 时 I司 ， d 图 1 混凝土绝热温升曲线 ( 2 ) 力学性能试验。为模拟实际养护环境下混凝土的力学 性能的变化， 进行了温度匹配养护， 将混凝土试块放置于养护 箱内， 采用水热蒸气养护， 按混凝土绝热温升曲线调整养护温 度， 待温度达到峰值后 自然冷却至常温后转标养。通过模拟实 际结构内部的温度匹配养护， 试验测试混凝土的早期及后期强 度能够达到设计要求。 ( 3 ) 开裂敏感性评价。试件尺寸为 6 0 0 m mx 6 0 0 mm x 6 3 mm， 采用钢质边框见图 2 。试件浇筑 2 h后 ， 用 电风扇 吹混凝 土表 面， 记录开裂时问、 裂缝数量 、 裂缝长度及宽度 ， 记录至浇筑后 4 、 8 、 1 2 、 2 4 h情况， 并计算平均开裂面积、 单位面积的裂缝数目、 单位面积上总开裂面积， 通过对比评价 2 配合比的混凝土更容 易发生早期开裂 。 卜 _ E 吾 图 2开裂敏感评价平板试验试件( 单位 ： mm) 1 3模拟试验 ( 1 ) 试验概况。模拟试验的主要目的是检测由于温度变化 产生的内力发展情况， 在有代表性的位置埋设温度传感器和应 变传感器， 通过监测得出不同龄期温度、 应力数据， 并模拟计算 分析混凝土开裂的风险。试验用的大体积混凝土试件尺寸为 4 5 0 minx 4 5 0 n n x 4 0 0 i n to， 浇筑在地面以上， 侧壁为双层模板内置 1 0 0 rai n 厚聚苯板 ， 为模拟实际施工的夏季气温环境， 顶部搭设 密闭保温棚， 棚内设置电加热器， 采用汽车泵一次浇筑完毕后抹 面 、 顶部覆盖塑料薄膜及保 温被 ， 连续监测温度及应变 1 4 4 0 h 。 】 22 ( 2 ) 测温及分析。监测共使用 3 2个温度传感器， 采用微机 多点集中测量系统， 可实现温度及应变的即时监测。在各测温 点的温峰值中， 最大温升为 4 2 5， 出现在中心点， 内外的最大 温度差值略低于 3 O， 中心点温度变化见图 3 ， 应用有限元进 行 的温度场计算与实测 吻合较好 。 时l司， d 图 3中心点温度变化 1 4 开裂风险分析 应用有限元进行应力场计算， 发现表面出现较大范围的拉 应力， 从部位上看： 角部拉应力较小， 中心区和边缘中点处主拉 应力较大 ； 从 时间上看 ： 3 d时上表面主拉应力 比较小 ， 5 d发展 到较大值， 7 d时主拉应力达到峰值， 到 3 0 d时， 主拉应力衰减 较大。 对比混凝土的主拉应力及抗拉强度， 发现在 3 d内主拉应 力增长速度较快 ， 与抗拉强度发展速度基本相当， 后期主拉应 力发展始终未超过抗拉强度， 表明开裂的风险抵押较小。 7 6 2 5 3 41 3 0 0 8 7 4 9 7 8 3 0 1 0 9 81 0 0 5 21 0 2 4 4 6 3 0 5 8 1 3 8 6 9 I 8 1 4l 0 1 25 1 0 0 1 5 91 0 圈 4上表面 7 d的主拉应力分布 2 对大体积混凝土控制温度应力开裂措施的 分析 2 1 部分工程大体积混凝 土措施 实例 ( 1 ) 实例一： 北京世纪财富中心工程 ， 主楼基础筏板厚度 3 m， 平面尺度 4 0 mx 6 4 7 5 m， 强度等级为 C 4 0 ， 2 0 0 3年 8月浇 筑完成， 实测混凝土内部温度最高 7 O。主要技术质量措施包 括： 采用 9 0d龄期强度为验收强度； 采用中低水化热水泥， 双掺 磨细矿渣、 粉煤灰， 优化原材料及配合比； 采取干铺油毡、 分层 浇筑、 控制混凝土人模板温度 、 蓄水养护及进行测温控制内外 温差、 控制降温速度等； 进行混凝土温差及抗裂验算， 计算抗裂 安全度 等。 ( 2 ) 实例二： 北京国贸三期工程 ， 主体底板部分平面尺寸 6 5 mx 6 5 m， 大部分厚度为 4 5 r n ( 电梯坑局部厚度达到 9 6 IT I ) ， 强 度等级为 C 4 5 ， 2 0 0 6年 6 月浇筑完成 ， 实测混凝土内部温度最高 约7 5。主要技术质量措施包括 ： 采用 6 0 d龄期强度为验收强 度； 通过比较试验， 选择原材料： 用中低水化热水泥 ， 单掺粉煤 灰 ； 通过正交试验 ， 选择合理 配合比 ； 测试混凝土绝热 温升和收 缩； 进行模拟试验， 尺度为 4 5 mx 4 5 mx 4 5 1T I ， 模拟试验内外最大 温差 2 l 。 ( 3 ) 实例三： 上海环球 金融 中心工程 ， 主楼 区域基坑呈 1 0 0 r l l 内径 的圆形 ， 基坑 面积约 7 8 5 0 m： ， 主 楼基础 底板厚 度 一 般 为 4 0 r f i 和 4 5 m，强度等级 为 C 4 0 ， 2 0 0 5年 1 月浇筑 完 成 ， 实测基础底板内部最高温度 6 7 1。主要技术质量措施 包括 ： 采用水平分层浇筑 ； 研究混凝土配制， 包括选用水泥、 外 加剂的适应性 ， 采用双掺粉煤灰及矿渣粉 ， 选用聚羧酸系外加 剂 ； 配合 比试 配 ， 进行正交试 验 ； 进行搅拌 站验证试验 ； 进行 了 实地模拟验证试验； 建模分析裂缝出现可能性； 测试混凝土收 缩值等 。 2 2 类似工程底板配合比资料 类似工程底板配合比资料， 见表 4 。 表 4类似 工程底 板配 合比资料 2 3主要措 施 的技 术路 线 主要措施的技术路线见 图 5 。 制订 主要 的温度 控 制指 标要 求 正交 试验 初选混 凝 土配 合 比 试验初 选 配合 比 测 试混凝 土各项 性能 对 比并确 定混 凝土配 合 比 进 行模 拟试验 亘 三 三 至 至 至 K琵 麦 璧 妻 蓑 案 薯 鑫 二 三 至 亟 制 订施工 方案并 落 实各项施工准备 浇筑 及养护 等 施 工过 程控制 图 5主要措施 的技术 路线 2 4工程及 多项超 高层建筑基础大体积 混凝土施工 实例 通过本工程及多项超高层建筑基础大体积混凝土施工实 例 ， 建议关注以下温度控制措施 ： ( 1 ) 大体积混凝土应采用大掺量矿物掺合料， 发挥混凝土后 期强度， 降低水化热和优化各项性能， 大体积混凝土设计强度龄 期宜为 6 0 d或 9 0 d 。 本工程通过混凝土绝热温升试验， 发现掺加 矿粉时混凝土的绝热温升较高， 采取了单掺粉煤灰的配合比。 ( 2 ) 进行混凝土配和比优化。结合工程当地的材料及同类工 程的经验， 通过正交试验优选混凝土的材料并确定配合比， 主要 选择水泥品种 、 矿物掺合料品种及等级 ， 主要优化的指标包括 总胶凝材料用量 、 水胶 比、 矿物掺合料掺量等 。 ( 3 ) 测试对比待选定配合比的混凝土性能 ， 主要包括各龄 期的抗压强度、 抗渗强度等性能指标。大体积混凝土有必要进 行绝热温升、 开裂敏感性及收缩变形等性能的对比测试 ， 并进 行定性及定量评价。由于大体积混凝土内部温度环境不同于一 般混凝土施工及试配试验 的情况 ， 因此有必要利用温度 匹配养 护试块及足尺模拟试件抽芯试件 ， 以验证不同龄期的实体混凝 土强度 。 ( 4 ) 进行足尺模拟试验及有限元分析， 是目前能够较为准 确地测试混凝土的温度场分布及温度变化规律的方法， 其结果 与现场实际测温结果较为接近 ， 可以指导施工。应用有限元等 工具，能够对大体积混凝土不同龄期的应力场进行模拟计算， 评估其开裂的风 险。 ( 5 ) 大体积 昆 凝土浇筑施工时的环境温度及混凝土入模温 度对混凝土的内部最高温度有重大影响， 宜控制原材料的温度 并采取遮阳等降温措施， 并制订混凝土的入模温度要求 ， 超高 层建筑底板混凝土的施工期应尽量避开气温高的夏季。 ( 6 ) 超高层建 筑的大体积 混凝土 试验 、 测试及计 算分析工 作较为复杂， 宜委托专业科研检测机构进行 ， 并制订详细的试 验 贝 0 试方案， 在施工前有必要组织专家进行方案论证并充分借 鉴同类 工程的经验 。 作者简介： 程峰( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 高级工程师。 单位地址： 北京海淀区中关村大街 2 7 号 中关村大厦 l O 层0o o o 8 0 ) 联 系电话 ： 1 3 6 0 1 0 9 5 6 8 1 l 2 3