大體積混凝土施工質量控制

宋 煒

(山西建筑工程(集團)總公司建筑工程研究所，山西太原 030006)

某工程位于太原市小店區親賢街極為繁華的商業地段，東靠體育路，南臨親賢街，由6棟超高層住宅樓和1棟6層百貨商場組成。規劃總建筑面積為454 581.03 m2，地上部分建筑面積為349 894.23 m2;地下共2層(局部主樓部位3層)，地下建筑面積為104 686.80 m2。

本工程住宅樓結構設計為超高層型鋼混凝土全落地剪力墻結構，主樓基礎為樁基承臺，承臺混凝土總量約75 000 m3，混凝土強度均為C45P8。1號樓承臺基礎厚度為3.1 m，方量約為1.8萬m3;2號，3號，5號，6號，7號樓承臺基礎厚度為2.6 m，方量均約為1.14萬 m3。由于本工程地下室東西長 210.50 m，南北長269.06 m，地下室單層面積近50 000 m2，設置了34條后澆帶，基礎底板頂面標高分別為-10.30 m和-10.60 m。本工程混凝土全部采用商品混凝土。

大體積混凝土的施工，除必須滿足國家和地方有關規范、標準的規定要求外，采取必要的預控措施防止大體積混凝土由于溫度變化和收縮產生裂縫是施工技術準備的關鍵。根據大體積混凝土裂縫產生的機理，在抗裂驗算的基礎上通過控制原材料質量、降低混凝土的溫差(入模溫度、水化熱溫升)、減小地基的約束以及控制降溫速率、充分利用混凝土的應力松弛特性、延長養護期、表面布設溫度筋、加強施工過程控制等幾個方面綜合安排抗裂技術措施。

1 對原材料的要求

拌制混凝土的各種原材料除了必須滿足相關國家規范和太原市地標外，還應符合以下規定:1)水泥:a.采用42.5級低水化熱礦渣水泥，水泥的7 d水化熱指標不高于275 kJ/kg，不得使用帶有R字樣的早強水泥。b.水泥的堿含量須滿足每立方米混凝土中水泥的總堿量不大于2.25 kg。2)粉煤灰:粉煤灰的級別不低于Ⅱ級，不得使用高鈣粉煤灰。3)粗骨料:宜采用5 mm～31.5 mm級配均勻的機碎石，含泥量不得大于1%，孔隙控制在39%以內。4)細骨料:為減小混凝土的后期收縮，宜采用中粗砂，細度模數2.5～3.0，不使用人工砂，砂的含泥量不得大于3%。5)外加劑:外加劑應采用低堿、低水化熱的外加劑，不得具有早強性能，使用高效減水劑。

2 對商品混凝土的要求

除必須滿足規范要求外，還應符合以下規定:1)水灰比控制在0.45以下。2)砂率控制在40%以內。3)混凝土的入泵坍落度宜控制在140 mm之內，誤差±20 mm。4)大體積混凝土的緩凝時間宜為10 h左右。5)要求混凝土到達工地澆筑時的入模溫度不得超過21℃。

混凝土供應單位可參考以下措施，也可在保證上述溫度指標的前提下，根據企業特點采用其他措施。1)外加劑、砂石須遮蓋，避免陽光直射，并保持通風，在拌合前2 d將碎石灑水降溫;2)拌合水應使用地下水;3)散裝水泥必須提前進料降溫，保證拌合時的溫度在18℃以下;4)混凝土運輸罐車外罩保溫套。

為保證水化熱不超過本方案抗裂計算的要求，試配時須對各試配配合比作混凝土或混合膠凝材料的水化熱試驗，并及時將試驗結果上報本項目部總工室。

3 主要技術措施

1)主樓承臺采用60 d混凝土的強度，筏板基礎仍采用28 d標準強度，同時，經業主、監理和有關專家共同論證，綜合考慮各種因素，本方案確定每立方米混凝土中水泥用量為P.O42.5級水泥320 kg。2)采用三摻法，即在混凝土中同時摻加高爐磨細礦渣粉(S75)、粉煤灰和外加劑，以保證混凝土強度達到設計要求，同時改善混凝土的和易性。3)在滿足泵送要求的條件下，降低砂率，使用UEA膨脹劑，防止混凝土因收縮產生裂縫。4)遵循抗、放結合的原則，為減小地基的水平阻力對底板的約束作用，在底板卷材防水層上干鋪一層油氈作為滑動層。5)本工程底板計劃澆筑時間基本上均處在6月～7月份，當大氣溫度高于混凝土的入模溫度時，為盡可能減少澆筑時的冷量損失，澆筑時采取斜面分層、一次到頂的方式，使混凝土的暴露面積最小，混凝土輸送泵管用一層麻袋包裹并經常灑水保持濕潤。6)混凝土初凝前，表面用平板振搗器振搗兩次，改善混凝土的密實性。兩次振搗后，用刮桿刮平。為減少表面裂縫，適當增加抹面次數，終凝前，再用木抹子做兩遍壓實抹平，最后表面掃毛。7)加強養護，充分利用混凝土的松弛特性降低混凝土的收縮應力。混凝土的中心溫度與表面溫度差及表面溫度與外界溫度差可控制在25℃以內，降溫速率宜控制在1.5℃ ～2℃。承臺澆筑完成后7 d內，采用蓄水養護，蓄水深度不小于100 mm，蓄水圍堰高度不低于200 mm，同時加蓋三層棉被。8)保溫保濕至少養護14 d，養護至第15天時，根據測溫情況和當時天氣情況決定是否撤銷養護。在施工條件許可的情況下，應盡可能將養護期延長到30 d。9)做好澆筑后的測溫工作，設專職測溫工，及時將測溫數據錄入預先編制好溫度曲線的描繪程序和溫度應力的計算程序，實時掌握混凝土內部溫度和應力的變化情況，推斷下一時段的溫度和應力變化趨勢，根據計算結果決定是否調整保溫層的厚度。

4 混凝土配合比的確定

根據以上確定的原則，參考攪拌站統計資料和試配數據，確定混凝土單方主要材料用量(kg)見表1。詳細試配數據參見試配報告。

表1 混凝土配合比(每立方米混凝土主要材料用量)

5 測溫方案

混凝土測溫采用電子測溫。測溫點布置原則:

1)測量點的布置范圍應以所選混凝土澆筑平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區，在測試區內測溫點按平面分層布置。

2)在測溫區內，測溫點的位置與數量根據混凝土澆筑體內溫度場的分布情況及溫控的要求確定。

3)在每條測溫軸線上，測溫點位不宜小于4處，且應根據結構的幾何尺寸布置。

4)沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置外表、底面和中心溫度測點，其余測點宜按測點間距不大于600 mm布置。

5)保溫養護效果及環境溫度測溫點數量根據具體需要確定。

6)混凝土澆筑體的外表溫度宜為混凝土外表以內50 mm處的溫度。

7)混凝土澆筑體底面的溫度，宜為混凝土澆筑體底面上50 mm處的溫度。

8)距混凝土表面1.5 m高度、露天、不易破壞處設三個普通溫度計測量大氣溫度，氣溫取讀數的平均值。

9)混凝土結構內測溫點的平面布置圖見圖1(以1號樓為例)。1號樓3.1 m厚底板測溫點垂直方向布置圖見圖2。

圖1 1號樓測溫點平面布置圖

圖2 主承臺測溫點平面布置圖

10)測溫時間。a.第1天～第3天每4 h測溫1次;b.第5天～第7天每6 h測溫1次;c.第8天～第14天每12 h測溫1次;d.第15天～第21天每24 h測溫1次;e.第22天～第30天每48 h測溫1次，原則上，在混凝土澆筑結束后，7 d內每晝夜不應少于4次。入模溫度的測量，每臺班不應少于2次。在混凝土中心溫度低于入模溫度后可停止測溫。

11)測溫數據的管理。設置專人負責測溫工作，并在施工前對測溫人員進行詳細的交底，保證數據采集的準確性。利用計算機對測溫數據進行信息化實時管理，預先編制好溫度曲線的描繪程序和溫度應力的計算程序，及時整理錄入測溫數據，描繪出溫度曲線、計算出累加溫度應力，與澆筑前的估計情況進行比較，推斷下一時段的溫度和應力變化趨勢，根據計算結果決定是否調整保溫方式和保溫層厚度。

12)測溫注意事項。a.澆筑混凝土前應檢查支撐鋼筋是否牢固，測溫點標高是否準確，探頭、插頭是否包嚴。b.使用探頭測混凝土入模溫度時，不得在流動的混凝土中探測。c.嚴密監測混凝土的溫升情況，根據溫度記錄，增減保溫材料厚度或層數。

控制大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差，表面溫度與環境溫度之差應小于25℃。當大體積混凝土中心溫度與表面溫度之差超過25℃時，可增加保溫材料厚度或層數，反之亦然。

從5月27日澆筑第一棟樓基礎大體積混凝土開始，至7月25日止整個6棟超高層住宅基礎大體積混凝土全部澆筑結束，從觀察和采集的數據來看，各項指標均符合設計和規范要求，均在施工方案的控制之中。無論從商品混凝土的配比、調度、運輸、場地布置等方面，還是從現場勞動力組織、測溫、養護等方面均按照施工方案有條不紊的實施，達到了預期的效果和目的。

6棟超高層建筑基礎混凝土總量達7.5萬m3，其中1號樓方量最大，達1.8萬m3，平均深度3.1 m，核心筒處最深達7.4 m，是最后一個澆筑完成的。

我們通過總結前5棟樓的經驗和采集的數據，對施工方案又進行了優化。從原方案72 h縮短到60 h，由原來的斜面分層一次到頂的澆筑方式，改為先集中澆筑7.4 m深的核心筒部位至-13.40 m處，然后采取整體分層連續澆筑方式(共分6層)，使每層混凝土因水化熱產生的溫度又得到了釋放。同時與商品混凝土供應商聯系，研究在保證質量的前提下，如何使混凝土的初凝時間適當延長，混凝土供應商通過試配，適當的增加了外加劑——緩凝劑的用量，使混凝土初凝時間由原來的8 h延長至10 h，減少了因間隙時間長而造成的冷縫，保證了各層混凝土的有機結合。在防裂和保溫方面，利用前5棟樓積累的數據，對保溫和養護措施又進行了改進。澆筑結束后立即進行測溫，剛開始在覆蓋一層棉被和蓄水100 mm的情況下，混凝土內外溫差達25.6℃(表面溫度58.8℃，內部中心溫度84.4℃)。及時調整覆蓋厚度，增加蓄水量。由原來的一層增加到兩層，蓄水深度由100 mm增加到200 mm，2 h后再進行測量時溫差明顯下降，3d后溫差逐漸減小，只有24.5℃(表面溫度63.7℃，中心溫度88.2℃)。根據測溫數據，決定第7天開始放水、撤被，進行正常養護。現在內外溫差只有19.3℃(表面溫度35.2℃，中心溫度54.5℃)，基本達到正常水平，沒有發現裂縫現象。由此看來，方案是切合實際的，措施是得當的，結果是圓滿的。