西安榮民金融中心大體積混凝土施工技術

王敏，張凱峰，劉天云，白航，劉超

（中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 710100）

1 工程概況

西安榮民金融中心項目，位于西安市未央?yún)^(qū)未央路與鳳城南路交叉口東南角，塔樓：地下 3 層、地上57 層；塔樓建筑高度：屋面 249.5m、幕墻 269.9m。總建筑面積 143354m2，其中：地上 128135m2、地下車庫15218m2，塔樓：地下 3 層、地上 57 層；塔樓建筑高度：屋面 249.5m、幕墻 269.9m；核心筒由 30 根勁性柱，外框由 18 根直徑 1600～1300mm 鋼管柱及工字鋼梁組成。筒內樓板為鋼筋混凝土樓板，筒外樓板為鋼筋桁架樓承板。本工程混凝土使用年限 100 年。

2 工程特點與難點

本工程主樓地下采用整體筏板基礎，塔樓主體范圍以內基礎筏板厚度為 3.4～9.5m，塔樓主體范圍以外基礎筏板厚度為 0.8m。混凝土強度等級為 C40，抗?jié)B等級為 P10，對混凝土的配合比、體積穩(wěn)定性、抗碳化、抗化學腐蝕等混凝土耐久性均具有較高的要求。塔樓底板混凝土總澆筑方量約 1.4 萬方，因此水化熱的控制、收縮裂縫的控制、混凝土的養(yǎng)護及溫控是該項目混凝土技術中的最大難點。須重視提高大體積混凝土施工技術水平，做到合理控制水泥水化熱，精心施工[1-3]。大體積混凝土施工中加強溫度監(jiān)控，是控制溫度裂縫的重要措施[4-6]。

3 C40 混凝土的絕熱溫升

3.1 C40 混凝土配合比

C40 混凝土配合比見表 1。

表 1 混凝土配合比 kg/m3

（1）膠凝材料水化熱總量可按式 (1) 計算：

式中：Q——膠凝材料水化熱總量，kJ/kg；

Q0——水泥水化的總熱量，kJ/kg；

k——不同摻量摻合料水化熱調整系數(shù)，其值取法參見表 2。

表 2 不同摻量摻合料水化熱調整系數(shù)

（2）因水泥水化熱引起混凝土的絕熱溫升值[7]可按式 (2) 計算：

式中：

T(t)——混凝土齡期為 t 時的絕熱溫升，℃；

W——每方混凝土的膠凝材料用量，kg/m3；

C——混凝土的比熱，一般為 0.92～1.0kJ/(kg·℃)；

ρ——混凝土的密度，2400～2500kg/m3；

m——與水泥品種、澆筑溫度等有關的系數(shù)，0.3～ 0.5d-1；

t——混凝土齡期，d；

Q——水泥的水化熱，kJ/kg。

根據(jù)混凝土的配合比，粉煤灰占膠凝材料總量的24.4%，因此，水化熱的調整系數(shù)取 0.94，混凝土的齡期取 7 天，混凝土的比熱取 0.95kJ/(kg·℃)，混凝土密度 2400kg/m3，膠凝材料總量 428kg，m 取 0.4，水泥水化熱取 340kJ/kg，將以上數(shù)據(jù)帶入混凝土絕熱溫升計算公式得：

如果施工時的環(huán)境溫度為 0℃，混凝土的入模溫度約 10℃，預計混凝土中心溫度可能會達到 65℃。

3.2 C40 混凝土力學性能

C40 混凝土配合比如表 1，混凝土養(yǎng)護齡期為 7d、28d、60d、90d、180d、360d 的抗壓強度結果見表 3。

表 3 不同齡期混凝土強度

從表 3 可以看出，C40 大體積混凝土隨著齡期增大，抗壓強度增加，60d 達到 53.5MPa。在混凝土中，各種膠凝材料的反應速度是不同的，隨著齡期而變的、其變化律也不同。比如硅酸鹽水泥的水化較快，在早齡期對強度有較大的貢獻，但它的水化放熱量是較大的，而且相對集中在早期。而一些礦物外加劑的反應是較慢的，對混凝土的早期強度貢獻較小，對后期強度貢獻大，但它們的水化放熱量則是較小的、并且放熱比較平緩。因此，摻入礦物外加劑是降低混凝土放熱量的一個重要的技術途徑。如果過分地強調早期強度而限制了礦物外加劑的使用，那么混凝土放熱量久很難控制。大體積混凝土的溫度裂縫一般是在施工期出現(xiàn)，混凝土構件并不承受較大荷載，主要荷載逐漸增加。因此，過分強調早期強度并沒有太大的實際意義。相反，采用較晚齡期的強度則有利于礦物外加劑的使用，這不僅可以有效地控制混凝土的放熱量，也有利于礦物外加劑潛能的發(fā)揮。由此看來，對于大體積混凝土來說，以較晚齡期的強度作為混凝士強度等級的評定標準既是必要的，也是可行的。

3.3 主要措施

本工程混凝土強度等級較高，由于混凝土攪拌站在混凝土配合比中采取了有效的技術措施，水泥用量相對較少。但混凝土厚度較大，尤其是大體積混凝土厚度超過 9m，水化熱不易散發(fā)高，升溫快降溫慢。施工季節(jié)為 12 月下旬，西安地區(qū)冬季氣溫較低。因此，混凝土降溫時的收縮與混凝土早期塑性收縮、干燥收縮共同作用是引起混凝土開裂的主要原因。

大體積混凝土在澆筑過程中及其后的一段養(yǎng)護時間內，對混凝土內部及表面溫度進行跟蹤檢測。根據(jù)監(jiān)測的溫度變化狀況及時采取適當?shù)酿B(yǎng)護措施，對于防止因大體積混凝土內外溫差過大產生溫度應力而導致有害裂縫（深層、貫穿性裂縫）的產生有至關重要的意義。

4 溫度監(jiān)控情況

該工程采用 HC-TW80 混凝土無線測溫儀進行溫度監(jiān)測，該儀器可以利用 GSM 移動網(wǎng)絡，以 GPRS 方式傳輸數(shù)據(jù)，可通過計算機或手機接收實時溫度信號，并顯示曲線變化圖形。

4.1 測位、測溫點布置

根據(jù)該工程的具體情況，共布置 8 個測位（見圖2），每個測位布置 3～5 個測點。溫度傳感器分別距離混凝土上表面 50mm，混凝土底面 100mm，混凝土厚度的 1/2 高度處，同時布置一個溫度傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫度變化。

4.2 溫度控制方法

大體積混凝土溫度的控制主要是控制降溫速率、表層與中心最大溫差及表層與環(huán)境溫度之差。根據(jù)大體積混凝土施工的有關標準，本工程控制混凝土中心與表層的最大溫差目標值是不大于 28℃，表層與環(huán)境溫度之差不大于 20℃[8]。

該工程施工季節(jié)為冬季，氣溫寒冷，施工過程混凝土的入模溫度較低，不需專門水冷卻控制，混凝土澆筑完畢根據(jù)混凝土溫度與環(huán)境溫度的變化而確定覆蓋保溫養(yǎng)護措施，只要以后養(yǎng)護方法得當就能保證大體積混凝土的施工質量。

測位 3#、4#和 5#、6#分別布置在兩個電梯井的邊緣位置，用以測定電梯井周圍的縱向和橫向溫度的變化。電梯井四周混凝土厚度 9500mm，此處混凝土發(fā)熱量大。溫度控制時既要考慮混凝土縱向的溫差，同時還要考慮水平方向的溫差，防止電梯井角上出現(xiàn)溫度裂縫。

4.3 溫度測控時間

從 12 月 25 日上午 10 點混凝土澆筑收面、可以上人開始布置溫度傳感器，到 1 月 22 日大面積溫度溫度降到安全區(qū)間，2 月 20 日電梯井溫度降到安全區(qū)間，測溫結束歷時 57 天，其中 1 月 31 日下雪 1 天。

測位 1#、2#處混凝土最早開始澆筑，測溫第 2 天測位 1#的中上處溫度達到最高點 58.3℃，隨后第 5 天開始降溫。測位 2#第 5 天達到溫度最高點 59.0℃，隨后與第 7 天開始降溫。降溫到第 28 天，1#測溫位中心溫度 32.2℃，表層溫度 19.5℃，環(huán)境溫度 1.6℃；2#測位中心溫度 43.4℃，表層溫度 27.8℃，環(huán)境溫度 1.6℃。

圖 2 大體積混凝土測位布置示意圖

測位 7#、8#處混凝土最晚開始澆筑，測溫第 3 天測位 7#的中上處溫度達到最高點 62.9℃，隨后第 7 天開始降溫。測位 8#第 3 天達到溫度最高點 56.7℃，隨后第 7 天開始降溫。降溫到第 28 天，7#測位中心溫度34.3℃，表層溫度 11.8℃，環(huán)境溫度 1.6℃；8#測位中心溫度 30.9℃，表層溫度 12.8℃，環(huán)境溫度 1.6℃。至此 3400mm 筏板混凝土的表里溫差、表層與環(huán)境溫度之差已降到安全溫度之間，且降溫速率均小于 2℃/d。

測位 3#、4#處為電梯井，混凝土厚度 9400mm，測溫第 3 天測位 3#的中上處溫度達到最高點 59.4℃，隨后第 7 天開始降溫。測位 4#第 3 天達到溫度最高點61.4℃，隨后第 2 1天開始降溫。降溫到第 28 天 3#測位中心溫度 28.2℃，表層溫度 12.5℃，環(huán)境溫度 1.6℃；57 天 4#測位中心溫度 39.0℃，表層溫度 10.5℃，環(huán)境溫度 5.8℃。

測位 5#、6#為另一個電梯井，混凝土厚度9400mm，測溫第 2 天測位 5#的中上處溫度達到最高點58.6℃，隨后第 6 天開始降溫。測位 6#第 2 天達到溫度最高點 62.3℃，隨后測溫第 12 天開始降溫。測溫第 57天 5#測位中心溫度 35.20℃，表層溫度 9.3℃，環(huán)境溫5.8℃；6#測位中心溫度 42.0℃，表層溫度 12.1℃，環(huán)境溫度 5.8℃。

至此 9500mm 電梯井混凝土的表里溫差、表層與環(huán)境溫度之差已降到安全溫度之間，且降溫速率均小于2℃/d。

4.4 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑完畢收面后即刻覆蓋一層塑料薄膜，以保證混凝土表面不失水；同時及時覆蓋一層棉被以減少混凝土表面的散熱，又防止混凝土表面受凍；根據(jù)天氣變化和現(xiàn)場具體情況，為了防止棉氈受潮而降低保溫效果，再在棉氈上面覆蓋一層彩條布。對電梯井部位，在上口處覆蓋木板。

經(jīng)過 57 天的溫控，得到結論：混凝土中心最高溫度 62.8℃，厚度大于 3400mm 的混凝土最大溫差小于28℃，表層與環(huán)境最低溫差小于 20℃，降溫速率小于2℃/d。混凝土強度等級、抗?jié)B等級滿足設計要求，同條件養(yǎng)護混凝土試件強度達到 C40 強度等級要求。現(xiàn)場觀察混凝土表面及混凝土周邊、承臺和電梯井，沒有出現(xiàn)明顯影響結構安全的貫通性裂縫。至此大體積混凝土溫度監(jiān)測和控制達到大體積混凝土規(guī)范要求。

5 結語

本工程大體積混凝土采用一系列措施對控溫防開裂，確保了 C40 大體積混凝土質量要求，順利施工，得到如下結論：

（1）C40 混凝土最優(yōu)的配合比，礦物摻合料取代水泥的量 45%，混凝土后期強度顯著提高。

（2）榮民金融項目大體積混凝土預計混凝土中心溫度理論計算會達到 65℃，實際監(jiān)測，混凝土中心最高溫度 62.8℃，混凝土質量達到規(guī)范要求。

（3）針對大體積混凝土施工研究，結合榮民金融項目對大體積混凝土的降溫措施、控溫手段和養(yǎng)護方法進行詳細介紹，實例研究，為大體積混凝土的施工工作提供了實際參考。