超長混凝土結構整體澆筑施工技術

周解慧

(北京鐵路局 工程管理所，北京 100860)

超長混凝土結構作為大體積混凝土，具有體積大、工程條件復雜等特點，混凝土受溫度應力與收縮應力的雙重作用容易產生開裂，施工技術和質量要求較高。因此，超長混凝土除應滿足強度、工作性和體積穩定性等以外，同時，還應滿足結構的整體性和耐久性等要求，減小和控制混凝土溫度應力和收縮應力變形，是避免混凝土產生裂縫的技術關鍵，也是超長混凝土結構裂縫控制的難點。超長結構混凝土澆筑的通常做法是設置混凝土后澆帶，但是，設置后澆帶，在工程水位高，水量大的條件下難度較大，既影響工期又有可能留下滲水的隱患。本文以客運專線北京調度所大樓為例，分析了不同水泥品種、摻合料的水化熱及發展速率，通過優化“雙摻”混凝土的配合比、完善施工工藝，添加CSA抗裂劑和聚丙烯纖維等技術措施，實現了取消“后澆帶”的超長混凝土結構整體澆筑。

1 工程概況

新建客運專線北京調度所大樓結構形式為全現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，頂層為鋼結構。結構設計基準期取50年，耐久性按100年考慮。地下室側墻采用現澆鋼筋混凝土墻自防水，防水等級一級，混凝土抗滲等級S10，外包柔性防水材料。基礎底板平面尺寸長×寬為118.8 m×78.1 m;地上結構長 ×寬為110.0 m×71.5 m;筏板厚度為1.2 m，局部厚度達2.5 m或2.8 m;設計強度等級為C40，抗滲等級 S8。梁高2 500 mm，寬2 200 mm;框架柱、剪力墻為 C40混凝土，外墻混凝土厚800 mm，混凝土等級C40。樓板采用C30，頂板澆筑面積很大，地下室墻體混凝土厚度達800 mm，均為超長結構混凝土的澆筑施工。場地地下水為潛水，埋深9.6～10.6 m，在干濕交替環境下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱侵蝕性。

根據規范要求，本超長結構的混凝土施工應每隔30～50 m設一條“后澆帶”，考慮降低墻體開裂、基礎底板滲水風險、縮短施工工期的目的，采用超長結構混凝土一次連續澆筑成型的施工方案。

2 原材料選擇

2.1 水泥

水泥的質量在很大程度上決定了混凝土的主要性能。根據對北京及周邊地區生產規模較大水泥廠家的水泥試驗和分析比較，目的是選擇水化熱低、需水量小、含堿量低、放射性合格、質量穩定而生產、供應能力強的P.O42.5級水泥產品。對五家水泥廠的產品進行了試驗比較，結果如表1。

水化熱試驗采用兩種水泥進行，即琉璃河長城P.O42.5水泥和太行前景 P.O42.5水泥，摻合料有 I級粉煤灰、Ⅱ級粉煤灰、SA和I型復合摻合料。見表2。

試驗結果表明，各種摻合料摻量以≥50%取代水泥時，3 d、7 d的水化熱均有不同程度的降低，其中粉煤灰最好。

根據表1和表2研究結果，確定選用水化熱較低的北京琉璃河P.O42.5水泥，同時控制水泥中發熱量最快、最大的堿含量不超過7%。

采用全部指標符合現行國家標準《通用硅酸鹽水泥》(GB175—2007)的普通硅酸鹽水泥。要求水泥的比表面積＜350 m2/kg;水泥的堿含量＜0.6%;水泥的3 d水化熱 ＜270 kJ/kg，7 d水化熱 ＜300 kJ/kg。

表1 各品牌P.042.5水泥性能

表2 各品牌P.042.5水泥水化熱

2.2 骨料

粗骨料采用粒徑為5～25 mm連續級配且含泥量＜1%的低堿活性機碎石(石灰巖)，細骨料為含泥量＜3%的中砂(或者人工砂)，檢驗標準為現行行業標準《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法》(JGJ52—2006)。

2.3 粉煤灰

摻加優質粉煤灰，在滿足混凝土和易性、力學性能和耐久性能的條件下，盡量使水泥用量降至最低值，最大限度降低混凝土水化熱和發展速率。

對粉煤灰檢驗執行現行國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—2005)。要求細度(0.045 mm方孔篩篩余)不大于12%，需水量比不大于95%，氧化鈣含量不大于2.5%且體積安定性合格。

2.4 外加劑

外加劑采用北京方興外加劑廠生產的JF-9緩凝型高效減水劑，摻量2.0% ～2.5%。經過多次試驗，JF-9緩凝型高效減水性能穩定，坍落度保持較好，與北京常用的水泥、粉煤灰匹配有較好的適應性。外加劑檢驗執行現行標準《混凝土外加劑應用技術規范》(GB50119—2003)中一等品的技術要求。

2.5 礦粉

選用質量穩定的S95礦粉。對礦粉檢驗執行現行國家標準《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》(GB/T18046—2008)。

2.6 纖維

采用聚丙烯纖維提高混凝土的早期抗裂性，聚丙烯纖維長度19 mm。檢驗標準為現行行業標準《纖維混凝土結構技術規程》(CESC38—2004)。

2.7 膨脹劑

選用CSA型混凝土膨脹劑，一方面補償混凝土收縮，減少混凝土收縮裂縫，另一方面改善混凝土孔結構，提高混凝土密實度。各項指標符合《混凝土膨脹劑》(JC476—2001)規定的要求。

3 主要部位混凝土配合比(見表3、表4和表5)

為了降低混凝土內部溫升，抑制水泥水化速度，在滿足混凝土強度、耐久性的前提下，采用較低的水泥用量，同時摻入一定量的優質粉煤灰，“分解”水化熱，同時改善混凝土和易性。使用緩凝型的外加劑，調整混凝土凝結時間，保證混凝土的整體澆筑，同時延長混凝土內部散熱過程，避免溫度和應力的集中釋放裂縫。底板、外墻、頂板混凝土單方堿含量分別為1.70、1.98和1.91 kg，均符合國家標準要求。

表3 底板C40 S8混凝土配合比kg/m3

表4 外墻C40 S10混凝土配合比 kg/m3

表5 頂板C30混凝土配合比 kg/m3

4 大體積混凝土施工

本工程基礎約為25 000 m3，體積較大，必須采取有效的措施控制混凝土的水化熱，避免產生溫度裂縫。除了摻加適量的粉煤灰，采取混凝土緩凝和覆蓋養護措施外，控制入模溫度十分重要。本工程施工時間段是2009年2月至3月，所以入模溫度的控制應分兩個季節考慮。

4.1 冬期施工

基礎底板和外墻混凝土大部分處于冬期施工，少部分為常溫施工。冬期施工期間，混凝土的入模溫度應控制在5℃ ～10℃。應控制好熱水的溫度。

4.2 非冬期施工

混凝土入模溫度控制一直沒有得到足夠的重視，特別是高溫季節，混凝土入模溫度經常失控，有的甚至達到35℃以上，對混凝土的水化熱控制非常不利。控制混凝土的入模溫度不是簡單的加冰水問題。實踐證明，加冰水后，混凝土的入模溫度僅僅降低了1℃ ～2℃，控制混凝土的入模溫度必須從原材料抓起，水泥溫度控制，建議水泥溫度不得超過60℃;骨料溫度，建議選擇砂、石料有大棚的攪拌站。

4.3 大體積混凝土的澆筑和養護

混凝土澆筑方法必須合理，避免混凝土出現冷縫，從而產生滲水通路。

本工程的混凝土澆筑方法是沿縱向采用連續澆筑方法，混凝土自然流淌形成一個斜坡。這種方法能較好地適應泵送工藝，避免泵管的經常拆除沖洗和接長，提高泵送效率，保證及時接縫，避免冷縫的出現。在澆筑混凝土時，在每個澆筑帶的前后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土的卸料點，主要解決上部的振實，第二道布置在混凝土坡角處，確保下部混凝土的密實。為防止混凝土集中堆積，先振搗出料口處混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振搗，并嚴格控制振搗時間、振搗棒的移動間距和插入深度。

4.4 混凝土澆筑

1)混凝土的澆筑應嚴格控制混凝土坍落度，入模混凝土坍落度不宜超過200 mm。

2)在澆筑CSA混凝土前，模板及鋼筋間的所有雜物必須清理干凈。

3)混凝土的澆筑要連續，按施工組織設計方案和混凝土施工規范進行，并避免混凝土出現冷縫。

4)CSA混凝土振搗必須密實，不能漏振、欠振、也不可過振。振搗時間宜為10～30 s，以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準。振搗時，快插慢拔，振點布置要均勻。在施工縫、預埋件處，加強振搗。

5)混凝土接茬時間不宜超過6 h。

4.5 混凝土養護

混凝土的養護是保證質量的最重要的措施之一，一定要派專人負責養護工作。本工程處于季節變換時期，應密切注意天氣預報，根據氣溫情況采用相應的養護措施。

1)底板混凝土。北京地區3月15日前為冬期施工的法定時間，除了由于氣候干燥引起混凝土表面失水過快的現象外，尚有可能存在混凝土表面早期受凍問題。本工程底板混凝土的澆筑在2月15日左右。因此，本工程底板混凝土不具備二次抹壓條件，可以不進行二次抹壓工藝。在此情況下，混凝土澆筑完畢后，必須立即覆蓋一層塑料薄膜，以防止混凝土表面出現裂縫(主要是塑性沉降裂縫、和表面快速失水干縮裂縫)，混凝土終凝后，覆蓋1～2層養護草墊進行蓄熱養護，確保混凝土內外溫差不超過25℃。在全部澆搗完畢后，采用蓄水養護方式養護。

2)墻體混凝土。墻體混凝土澆筑時，氣溫已經提升，混凝土受凍的可能性極小。墻體混凝土為立面結構，水分無法集聚，灑水后會很快風干，另外，本工程墻體混凝土厚度達800 mm，加上強度等級高，造成混凝土具有大體積混凝土的性質，需要控制墻體混凝土的水化熱，因此，墻體混凝土的養護遵循下述原則:拆模時間不得少于3 d;采用鋼模板，降低混凝土水化熱的峰值;對于已經澆筑完畢的混凝土，混凝土終凝后，沿混凝土水平施工縫上部澆水養護，并提前松動支撐模板的螺栓，便于水分通過縫隙進入混凝土的表面進行養護;拆模后，立即涂刷混凝土養護劑，邊拆模邊涂刷。

3)梁板混凝土。對梁板混凝土的養護，根據氣候情況采取兩項措施:澆筑混凝土期間，風力很小時采用混凝土表面二次抹壓+灑水的方式養護;風力較大時采用覆蓋塑料薄膜+灑水的方式養護。

4.6 混凝土質量檢測與控制

每班檢測砂的含水率和混凝土的坍落度不少于2次。每班檢查原材料的稱量不少于2次。按GB50204—2002《混凝土結構工程施工及驗收規范》留置抗壓強度試塊及檢驗評定。

5 結語

本工程施工完畢后經檢驗，混凝土裂縫均控制在規定范圍內，因為取消后澆帶，工期提前2個多月，節約施工成本約200萬元。地下室模板拆除后，進行裂縫檢測，目測沒有發現任何裂縫，經過回彈檢測，混凝土強度滿足設計要求。

［1］高峰，王連國，鹿煥海.金塘大橋預制墩身大體積混凝土裂縫開展與控制研究［J］.鐵道建筑，2008(11):21-23.

［2］齊有章.大體積混凝土結構裂縫控制探討［J］.鐵道建筑，2006(3):97-98.

［3］宋翻身.地下室底板大體積混凝土施工質量控制［J］.鐵道建筑，2008(3):102-103.