中国妇女儿童博物馆地下工程混凝土裂缝控制技术.pdf

2 0 1 2年第 1 期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONC RE T E AND C E MEN T P RODUC T S 2 01 2 NO 1 J a n u a r y 中国妇女儿童博物馆地下工程混凝土裂缝控制技术 吴会 阁 ， 王 晓中 。 ( 1 石家庄经济学院 工程学院， 0 5 0 0 3 1 ； 2 河北省水资源可持续利用与开发 重点实验室 ， 石家庄 ， 0 5 0 0 3 1 ； 3 北京可耐可特新材料有限公司， 1 0 0 0 4 1 ) 摘 要 ： 介绍 了中国妇女儿童博物馆地 下工程 混凝土的裂缝控 制技 术 ， 通过方案 的对比及论证 ， 最终确定混凝 土采 用 6 0 d强度评 定标 准， 在配比上加大掺合料 用量， 不采用膨胀 剂， 采用部分粒化 高炉磨细矿渣粉 ， 并在施 工中采 取切 实、 有 效的“ 跳 仓法” 工 艺， 使 工程质量达到 了高标准。 关键词 ： 地下混凝土 ； 裂缝控制 ： 掺合料 ； 工程质量 Ab s t r a c t ：C o n c r e t e c r a c k s c o n t r o l t e c h n o l o g y f o r u n d e r g r o u n d e n g i n e e rin g i n t h e C h i n e s e mu s e u m o f w o me n a n d c h i l d r e n i s i n t r o d u c e d T h r o u g h t h e c o mp a ris o n a n d d e mo n s t r a t i o n o f t h e s c h e me ，i t i s fi n a l l y c o n fi r me d t h a t 6 0 d a y s c o n c r e t e s t r e n g t h e v a l u a t i o n s t a n d a r d i s u s e d ， t h e a mo u n t o f a d mi x t u r e s i n mi x p r o p o r t i o n i s i n c r e a s e d ， t h e e x p a n s i v e a g e n t i s c a n c e l l e d ，t h e p a r t i a l g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g p o w d e r i s u s e d a n d the p r o c e s s o f p o u r i n g b y s e p a r a t e s t ri p s i s t a k e n d u rin g t h e c o n s t r u c t i o n t o ma k e t h e e n g i n e e ri n g q u a l i t y b e c o me h i g h l e v e 1 Ke y wo r d s ： Un d e r g r o u n d c o n c r e t e ； C r a c k s c o n t r o l ； Ad mi x t u r e s ； En g i n e e ri n g q u a l i t y 中图分类 号： T U 5 2 8 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 1 6 0 0 4 0前言 混凝 土开裂对本 身的强度和结构 的耐久性有 很 大影 响 ， 所以 ， 在设计和施工 中应采取一定 的措 施 ， 尽量克服和控制裂缝 的发生。近年来 ， 国内建筑 行业对混凝土的裂缝控制进行了一些研究l l ， 取得 了定的成效 ， 但考虑因素相对局 限。本文结合 工 程实例 ， 从混凝土原材料 的选择 、 施工工艺 、 养护等 多方面人手 ， 介绍了地下混凝土工程 的裂缝控制方 法 。 1 工程 简介 中国妇女儿 童博 物馆工程位 于北京 市建 国门 内大街 ， 总建筑面积 1 2 7 0 0 0 m ， 其 中地下建筑共 四 层 ， 面 积 为 6 3 0 0 0 m 2 ， ； 地 上 六 、 八 、 十 、 十 一 层 ， 整 个 建筑群 由中国妇女儿童博物馆 、 配套酒店 、 北 区公 寓式酒店组成。本工程立面新颖别致 ， 空间造型复 杂 ， 结构型式为框架剪力墙结构 ， 基础类型为承台 筏板基础 。建筑物地下部分东西 向总宽 9 8 6 0 m， 南 北 向总长 1 9 2 3 3 i n ， 基底面积 1 7 1 1 6 r r l ， 筏板厚 8 0 0 - 1 2 0 0 mm， 混凝土强度等级为 C 3 5 ， 抗渗等级 S 8 。 2方案的选择 由于本工程工期较紧张， 基础底板面积又较大， 为 了有效控制裂缝 的产生 ， 缩短工期 ， 拟采用 以下 施 工方 案 。 基金项 目： 河北省建设厅科技研究计划项 目( 2 0 1 0 - 1 2 3 ) 。 一 60一 ( 1 ) 混凝土采用 6 0 d龄期评定 为了减少混凝土水化热 ， 有效控制温差裂缝 ， 根 据 G B J 4 6 9 0 粉煤灰混凝土应用技术规程 规定 ， 底 板 、 外墙混凝土均采用 6 0 d龄期。 ( 2 ) 取消膨胀剂 钙矾石类膨胀剂在混凝土中发生反应需要 3 2 个结晶水 分子式 C ( 3 C a S O 3 2 H O) ， 在低强度等 级的混凝土 ( 如水胶 比在 0 5 0 7时) 可 以满足 ， 在 高强度等级混凝土( 如水胶 比小于 0 5时) 内部水份 不能满足 ， 此时需要在水 中养护不少于 1 4 d才能补 偿混凝土早期收缩的膨胀效果 。实际工程中做到上 述养护难度很大 。实践表明 ， 只要合理优化配 比并 加强施工管理 ， 普通混凝土不掺加膨胀剂能够避免 裂 缝 的产生 。 ( 3 ) 取消沉降后浇带 由于基底上框架柱有 1 9 4种截面尺寸 ， 若设计 后浇带 ， 方法是将整个基底切割成 1 5块 ， 每层后浇 带 留置长度为 8 0 9 5 m， 这样每块后浇带形状大小不 一 ，类型多而杂。为方便施工 ， 确定采用“ 跳仓法” 施 工工艺 ， 利用混凝 土施 工缝取代 “ 沉 降 、 温度后 浇 带” ，基础底板和外墙跳仓长度控制在 3 0 - 4 0 m， 楼 板利用施工缝跳仓间距不超过 5 0 m。 3 原材料的选择和配合比设计 3 1 原材料 吴会阁， 王晓中 中国妇女儿童博物馆地下工程混凝土裂缝控制技术 ( 1 ) 水泥 水泥水化热是在大体积混凝 土的主要温度 因 素 ， 因此 ， 水 泥应 选用矿渣硅酸盐水泥或 中热硅酸 盐水泥等。在采取相应措施 ， 如掺加粉煤灰 、 控制水 泥人厂温度等降低水化热量 、 延缓水化热的释放情 况下 ， 可以采用普通硅酸盐水泥 ， 且应优先选用碱 含量小于 0 6 的水泥。本工程采用 P 0 4 2 5水泥 ， 技术指标见表 1 。 ( 2 ) 掺合料 矿物掺合料是 配制 大体 积混凝土不 可或 缺的 材料 ， 它能有效地改善混凝 土的工作性 、 降低水化 热 、 提高混凝土的后期强度和耐久性。同时 ， 矿物掺 合料对混凝土的早期收缩有明显的降低作用 ， 尤其 在低水灰 比的情况下 ， 能有效地减少混凝土 的自身 收缩 ， 防止因结构实体体积过大水化热大量释放而 造成的温度收缩裂缝 。本工程采用 了双掺法 ， 即同 时掺加 了粉煤灰和矿粉 ， 利用粉煤灰和矿粉 的超叠 加效应获得较高的活性系数 。粉煤灰选用山东某 电 厂的 I级优质粉煤灰 ， 技术指标见表 2； 矿粉选用 首钢产 $ 9 5级矿粉 ， 技术指标见表 3 。 表 1 水泥 的物理力学性能 ( 3 ) 骨料 大体积混凝土应选用结构致 密且 有足够强度 的优 良骨料 ， 同时应注意有害杂质 、 品种和粒径 、 含 泥量、 石子级配 的质量控制 本工程选用了河北涞 水河 中砂及 5 2 5 m m碎卵石 ，其技术性能见表 4及 表 5 。 表 4 砂的技术 指标 粒径 含泥量 泥块含量 针 片状 压碎指标 mm| l。 ； o 量l |呵 c 5 2 5 0 4 无 6 5 混凝土采用 了井水拌制 ，可降低拌合物温度 ， 从 而降低混凝土结构 内部 的最高温度并减少 内外 温差 ， 以减小温度裂缝产生的可能性 。 3 2 配合 比的选择 按本工程特殊要求 ， 经多次试 配后确定的配合 比见表 6 。 4施工 要点 ( 1 ) 底板混凝土采取分层 连续浇筑 ， 振捣 要密 实 。混凝土表面采用二次拍打压实木抹子搓毛工 艺 ， 严禁采取浮浆扫毛工艺。 ( 2 ) 底板采用蓄水养护( 按 区段周边加砌 一层 红砖作挡水坝) 、外墙 喷雾式养护 ，柱子用塑料保 鲜膜包裹后喷水 ( 必须保持混凝 土表面均匀湿润) ， 养护时间不得少于 1 4 d 。 楼板覆盖塑料薄膜 ， 控制混 表 6 混凝土 的配合 比 凝土 中部与表层温差不大于 2 5 ， 表层与大气温差 不大于 2 5 C( 必要时应覆盖 ) ，底板 预埋 电子测温 片 。 ( 3 ) 在地下水位以下施工缝连续埋设钢板止水 带 ， 凹面向上位置居 中连通。施工缝接茬前要 清除 松动石子及浮浆， 以达到密实状态。 一 6 1 2 0 1 2年第 1 期 混凝土与水泥制品 第 1 8 9期 5施工 技术措 施 ( 1 ) 施工缝的留置与处理 整个工程分南北两个作业 区， 依据底板应连续 施工不留施工缝 的原则 ， 设计的后浇带取消后仍按 设计后浇带分布分成施工流水段 ， 采用 “ 跳仓法” 组 织施工。南区由南 l 开始向北 、 向东跳仓推进 ； 北区 由北 1开始 向南 、 向东跳仓推进。根据混凝土结构 工程施工质量验收规范( G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ) ， 并依据现 场实际情况制定方案一 ： 相邻“ 仓” 能够间隔大于 7 d 后浇筑混凝土 ， 则单面敷设施工缝 的措施 ； 方案二 ： 相邻“ 仓” 间隔小于 7 d ， 则仍采用原有设计后浇带的 布设要求和方法 ， 待相邻“ 仓” ( 后浇仓时 间起算 ) 大 于 7 d后再将混凝土浇筑完毕 。依据原设计可不增 设预埋止水钢板 。与底板连成整体 的承台及混凝土 墙一次整体浇筑至底板顶面以上 ，采取分层浇灌。 周边外墙按设计要求地下室外墙水平施 工缝处 理 设置水平施工缝 ， 统一放在底板上 口3 0 0 m m处 。地 下室周边外墙垂直施工缝设置位置及方法仍按 原 设计设置的部位和方法 ， 混凝土浇筑与楼层梁板一 次性浇捣完毕。基础和外墙施工缝 预埋止水 钢板 ( 宽度不小于 3 0 0 ram， 厚 1 5 mm) 。上部各楼层 的施 工缝及地下室外墙施工缝 留置位置和方法均与上 述位置和方法相 同。 “ 跳仓法” 施工段平面划分见图 1 。 图 1“ 跳 仓 法 ” 施 工 段 划 分 平 面图 ( 2 ) 混凝土浇灌方法 混凝土浇灌采用地泵 、 汽泵直送 ， 导管转运 ， 塔 吊配合的形式 ，承台和底板均采用 C 3 5 、 S 8的抗渗 混凝土 ， 总量为 1 7 1 0 3 m 。 根据搅拌站混凝土供应能 力及考虑白天运输混凝土的不便 ， 以底板 留置的施 工缝为界 ， 分为 1 5个浇筑段 。各段混凝土用量情况 见表 7 。 表 7 各浇筑段混凝土用量 为了加快进度 ，基础底板南区 由南 1开始 向 北 、 向东跳仓推进 ； 北 区由北 1开始 向南 、 向东跳仓 推进。在 同一段内承 台和底板分别浇灌 ， 先浇注承 台， 然后再依序浇注底板。 各浇筑段内按配两台汽车泵， 以平均每台每 小 时输送 混凝土 5 0 m 来预计 ，每辆混凝 土灌车 9 0 m i n往返一次， 配备 了 8 m 混凝土灌车 2 O辆 。 混凝土自搅拌站出料后， 要及时送到浇筑地 一 6 2一 点 ， 混凝土运输过程延续时间不得超过 9 0 m i n 。 混凝土浇筑中采用斜 面分层 、薄层浇注 、 循 序渐进 ， 一次浇筑厚度为振动棒有效长度的 1 2 5倍 左右( 3 5 3 8 5 c m) ， 每层厚度不大于 4 5 0 mm， 上下层 混凝土浇筑间隔时不得超过 4 h 。 在浇筑上层混凝土 时， 振捣器只能插入下层混凝土内 5 0 m m左右， 应快 插慢拔 ， 插点均匀排列 ， 逐点移动 ， 顺 序进行 ， 不遗 漏 ， 做到均匀振实 ， 移动间距不大于振捣作用半径 吴会阁， 王晓中 中国妇女儿童博物馆地下工程混凝土裂缝控制技术 的 1 5倍 ( 3 0 - 4 0 c m) 。在振捣过程 中， 宜将振动棒上 下略有抽 动 ， 以使上下振动 均匀 ， 每点振捣 时间一 般以 2 0 3 0 s 为宜 ， 但还应视混凝土表面呈水平不再 显著下沉 、 不再出现气泡 、 表面渗出灰浆为准 。上层 浇筑完毕后适时 回振收平 ，初步按标高用刮杠 刮 平 ， 在初凝前用木抹子搓平 ， 待混凝土表面收水后 ， 再用铁抹压实 ， 然后再用木抹子反复抹平搓毛。混 凝土表面采用二次拍打压实木抹子搓毛工艺 ， 以减 少混凝土表面的裂缝 ， 浇注完成后及 时覆盖好 塑料 薄膜 ， 保证混凝土表面水气不宜蒸发 。 6养护与测温 ( 1 ) 养护 混凝土浇注完毕 1 2 h接近终凝后 ， 对混凝土及 时进行浇水养 护 ， 底板采用蓄水养护 ( 按 区段周边 加砌一层红砖作挡水坝 ) 、 外墙喷雾式养护 ， 柱 子用 塑料保鲜膜包裹后喷水 ( 必须保持混凝土表面均匀 湿润) ， 养护时间控制不少于 1 4 d 。 ( 2 ) 测 温 在每一施工区段混凝土完成后的 1 3 d ， 早中晚 各测温一次 ； 4 8 d ， 早晚各测温一次 ， 8 1 4 d ， 每天各 测温一次， 采用专人监测 、 技术跟踪方式监测。根据 所 测得 温 度 的统计 ，最 高 温度 出现 在 第 4 d ， 为 4 8 5 ， 符合对混凝土的水化热计算预期。 7 工 程状 况及 分 析 ( 1 ) 强度 混凝土 2 8 d平均强度达到设计值 的 l 0 1 ， 6 0 d 平均强度值达到设计值 的 l 3 2 ，完全满足本工程 的要求。 ( 2 ) 工程整体质量情况 从基础底板施工 至整个 主体结构完成 ，经观 测 ， 沉 降均匀未出现异常 ， 除局部 由于浮浆 过厚 造 成的表面浅层细小裂缝外 ， 整体结构未 出现大的混 凝土裂缝 。由此可见 ， 本工程的施工方法对控制混 凝土的裂缝而言是成功的。 ( 3 ) “ 跳仓 法 ” 施 工效 果 “ 跳仓法” 施工工艺 的应用 ， 大大节约 了周转材 料 的投入 ， 节 约了大量重复 搭设 人工 ， 有效地避免 了留设后浇带 的模板支撑周期长 、 清理 、 保护难 、 接 缝 明显 、 工期拖延等问题 ， 在工效 、 工期上得到了很 大提高 ， 且保证 了工程施工质量与安全。 ( 4 ) 原材料消耗情况 本工程设计后浇带水平方 向累计 5 3 9 7 5 m， 竖 向 2 2 9 6 m。采用“ 跳仓法” 施工工艺 ， 节约劳动力约 8 2 3工 日， 计 6 5万元 ； 减少周转材料 占用费 4 7 4万 元 ； 采用 6 0 d龄期 施工节 约水泥 、 外加剂 费用 7 2 3 万元 。总计减少工程投资约 1 2 6 2万元 。 8结 论 ( 1 ) “ 跳仓法” 施工工艺在本工程施工 中应用 ， 不仅 提高了工程 的整体质量 ，并且使工艺衔接优 化 、 成本降低 、 工期缩短 ， 同时又节约了能源 ， 经济 效益可观 ， 社会效益显著 。 ( 2 ) 在不掺任何膨胀剂 的前提下 ， 采取有效 的 控温保 湿措施 ， 使混凝土强度 、 抗 渗等级均满足 了 设计要求 ， 无可见裂纹出现。 ( 3 ) 采用 6 0 d龄期混凝土评定方法 ， 减少 水泥 用量 ， 增加混凝土矿物掺合料用量 ， 既有效降低了 水化热释放， ， 又提高了混凝土的耐久性 。 参 考文 献： 1 】 李继业 ， 王仲发 ， 郗忠梅 大体 积混凝土 结构 防止 产生裂 缝 的措施 J 山东农 业大学学报 ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 5 8 6 1 【 2 张玉三 ， 陈吉亮 ， 徐爱峰 ，等 于溢流堰混凝土施工裂缝 的预防措施 J 1 山东农业 大学学报 ， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 4 2 9 4 3 2 3 】 金 恩平 ， 朱跃峰 建筑工程施 工中混凝土裂缝的预防与处 理 J 河南 大学学报 ， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 1 0 8 - 1 1 0 4 吕兵 ，杨爱超 北 京地 铁 l 0号线 呼家楼 站大体积 混凝土 裂缝控制措施 J 铁路标准设计 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 1 4 0 - 1 4 1 【 5 】 孙 晓虎 ， 齐剑 ， 张军 大 体积混凝 土裂缝控制 技术在工 程 中的应用 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 1 0 5 1 0 8 6 林立， 李慧剑 高层建筑基础大体积混凝土裂缝控制技术 研究 J 四川建筑科学研究 ， 2 O L O ( 1 O ) ： 1 7 6 1 7 8 7 】 江昔平 ， 王社 良， 段述信 某佛塔基础底 板大体积混凝 土 裂缝控制新技术研究 J 建筑结构 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 7 0 7 3 8 】 张心斌 ， s i mo n c h e n， 程大业 ， 等 大 体积混凝土裂缝控 制 f J 1 工业建筑 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 - 4 9 】 李正德 ， 张梨 娅 ， 朱仁贵 混凝土结 构裂缝原 因分析及 防 治措施 f J 1 施工技术 ， 2 0 1 0 ( s 2 ) ： 1 6 5 1 6 7 【 l O 敖卫 ， 宋和平 ， 张晨 河北开元环球 中心底板大体积混凝 土施工 技术 J 1 施工技术 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 5 5 5 7 1 1 】 王铁梦 工程结 构裂缝控 制 M 北京 ： 中国建筑 材料 出 版社 ， 1 9 9 7 【 1 2 1罗国强 ， 罗刚 昆 凝 土与砌体结构 裂缝控制技术 M 】 北 京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 6 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 1 2 2 作者简 介： 吴会阁( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 讲师 、 硕 士。 通讯地址 ： 河北省石家庄市槐安东路 1 3 6号 联系电话 ：1 5 1 0 0 1 1 2 5 1 5 E - ma il ： WX 7 8 0 4 1 9 s j z u e e d u C F I 一 6 3