南京江北新區(qū)地下空間超大體積C50 底板混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

楊偉俊 曹云 石磊 許依俊 田旺碩

（1 南京江北新區(qū)混凝土有限公司)

(2 江蘇蘇博特新材料股份有限公司高性能土木工程材料國家重點實驗室）

0 引言

隨著城市建設日益復雜的功能需求、多元形式以及核心區(qū)域土地資源緊張影響，建筑結(jié)構(gòu)尺度不斷向超高、超大、超長等極限方向發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)體系及布置形式日趨復雜，探尋地下空間發(fā)展模式和加快地下空間發(fā)展進度，已經(jīng)成為現(xiàn)代城市建設發(fā)展的新趨勢[1]。

南京江北新區(qū)是國務院批復的第13 個國家級新區(qū)，江北新區(qū)中心區(qū)地下空間工程位于新區(qū)中央商務區(qū)核心區(qū)域。其中，地下空間三區(qū)一段上蓋塔樓建筑高度約500m，占地面積11505m2，總建筑面積53916m2，包含地下4 層、局部夾層。工程基坑圍護結(jié)構(gòu)采用1200mm 與1500mm 地下連續(xù)墻，底板混凝土設置后澆帶分塊施工，其中，塔樓區(qū)域最大厚度為5500mm，強度等級為C50P10，設計方量約3,4000m3。

本項目屬于超大體積混凝土施工，一次性澆筑完成，重難點集中在三處：

⑴商品混凝土澆筑體量大、強度等級高、基坑深度深、作業(yè)區(qū)域窄，施工組織難度較大。

⑵商品混凝土運輸距離遠，易引起坍落度損失，工作性變差；澆筑過程中如出現(xiàn)供應不及時情況，易導致下層混凝土凝結(jié)、出現(xiàn)冷縫，影響澆筑質(zhì)量。

⑶施工時間為8 月份，正處于南京區(qū)域最炎熱的夏季，日均氣溫超過25℃，入模溫度難以控制；C50 混凝土水化熱高，5.5m 超厚底板使得混凝土處于絕熱狀態(tài)，且連續(xù)澆筑作業(yè)時間持續(xù)超過24h，混凝土極易因自身溫升和內(nèi)外溫差等影響，形成收縮開裂。

為保障施工澆筑質(zhì)量，本項目結(jié)合工程實際，從原材料選擇、配合比設計，澆筑、施工、養(yǎng)護組織等方面，采取質(zhì)量控制措施，混凝土澆筑施工順利完成。所獲成功經(jīng)驗可為類似工程施工提供借鑒價值。

1 原材料優(yōu)選及配合比

根據(jù)實際工程特點，從降低溫度收縮及開裂風險出發(fā)，對混凝土原材料選用及配合比設計提出綜合的技術(shù)指標，在嚴格控制實際原材料品質(zhì)的基礎上，以降低水泥用量、大摻量粉煤灰與礦物摻和料、低水膠比的設計思想，降低水化溫升與收縮值，使配置的混凝土滿足力學、長期性能及耐久性能等。

1.1 原材料選用要求及測試結(jié)果

⑴水泥：受水泥細度及組成變化影響，早期水化放熱加快，對防裂控制極為不利[2]，應選用較低水化熱、收縮性能較低的水泥，堿含量宜≤0.60%，C3A 含量宜≤6.0%，比表面積宜≤350㎏/m3，其他性能符合GB 175《通用硅酸鹽水泥》要求。經(jīng)充分實地考察調(diào)研與測試，從指標及保供能力方面評價，本工程選用盤錦P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，其基本性能測試結(jié)果見表1。

表1 盤錦水泥基本物理性能測試結(jié)果

⑵粉煤灰：應選用符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596 的F 類II 級以上，嚴禁使用脫硫灰與脫硝灰，流動度比宜≥100%（即在有減水劑情況下，粉煤灰摻入取代不降低漿體流動度[3]），燒失量宜≤5.0%。本工程選擇南京華能電力II 煤灰，采用SEM 對微觀形貌觀察（見圖1），粉煤灰存在大量球形顆粒，有利于發(fā)揮滾珠減水效應。基本物理性能見表2。

圖1 粉煤灰SEM 微觀形貌

⑶礦粉：應選用滿足《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》GB/T 18046 的S95 級，為控制早期水化熱、溫度及自收縮，比表面積宜≤450m2/㎏。本工程選用南京梅寶S95 礦粉，基本性能測試見表2。

表2 華能粉煤灰與梅寶礦粉基本物理性能

⑷細骨料：應選用細度模數(shù)為2.3～3.0、質(zhì)地堅固、吸水率較低的中砂，嚴控含泥量，泥塊含量指標滿足《建設用砂》GB/T 14684、《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》JGJ 52 控制要求。本工程選用細度模數(shù)為2.6 的江西天然砂，級配滿足II 區(qū)，含泥量為1.0%。

⑸粗骨料：應選用5～25mm 連續(xù)級配的干凈碎石，性能滿足《建設用卵石、碎石》GB/T 14685、《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》JGJ 52 控制要求，為降低膠材總量，滿足泵送施工性能，松散堆積孔隙率宜≤45%。本工程選用安徽和縣5～25mm 連續(xù)級配碎石，含泥量為0.8%，壓碎值10.3%，孔隙率44.5%。

⑹外加劑：應選用與膠凝材料相容性較好的聚羧酸減水劑，性能符合《混凝土外加劑》GB 8076 及《混凝土外加劑應用技術(shù)規(guī)范》GB 18588 的控制要求，收縮率比宜≤100%，初凝時間≥14h。本項目選用江蘇蘇博特生產(chǎn)的PCA-10 聚羧酸減水劑，減水率為22%，收縮率比為97.2%，初凝時間為18h。

1.2 混凝土配合比及關(guān)鍵性能

在原材料性能優(yōu)選控制基礎上，依據(jù)JGJ55－2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》及《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計標準》GB/T 50476，通過調(diào)整膠材總量、摻和料比例、砂率、骨料級配等進行室內(nèi)大量配合比試驗，兼顧工作性能、力學性能及耐久性，以60d 齡期作為設計強度，選擇絕熱溫升較低、收縮率相對較小的配合比作為工程最終驗證與使用。經(jīng)優(yōu)選配合比基本參數(shù)見表3。

從源頭上盡可能降低水化放熱量及自收縮是保障大體積混凝土溫控防裂的有效技術(shù)途徑[4]。經(jīng)測試，表3中C50P10 大底板混凝土的絕熱溫升及體積穩(wěn)定性能見圖2、圖3。由圖2 可知，初始階段受凝結(jié)時間影響，18h內(nèi)溫升值較低，隨后開始劇烈放熱，溫度迅速上升，1d絕熱溫升值12.3℃，約占7d 的27.2%，而最終7d 絕熱溫升值不超46℃。由圖3 可知，受混凝土早期水化迅速固相體積減小及內(nèi)部自干燥影響，收縮速率相對較快，養(yǎng)護時間延長，自收縮變形趨向穩(wěn)定，以終凝為變形零點，7d、14d 及28d 自生收縮變形分別為67.98με、105.45με、133.35με。

圖2 底板混凝土絕熱溫升歷程

圖3 底板混凝土自收縮變形

表3 江北新區(qū)地下空間C50P10 混凝土配合比基本參數(shù)及關(guān)鍵性能

2 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 溫控技術(shù)指標

混凝土澆筑后水化放熱溫度升高，受截面散熱不同的影響，大體積底板中心與表面形成強烈溫差，導致內(nèi)外變形差異顯著，同時最高溫升降至環(huán)境溫度過程中產(chǎn)生收縮，受自身及接觸墊層的牽制產(chǎn)生收縮應力，當其超過抗拉強度時引起開裂，因此對結(jié)構(gòu)溫升、降溫速率、內(nèi)外溫差等關(guān)鍵參數(shù)控制尤為關(guān)鍵[4-5]。根據(jù)本工程實際及標準要求提出溫控指標如下：

入模溫度：高溫施工，日均氣溫≥25℃，入模溫度≤30℃；

中心最高溫度：≤80℃（在入模溫度基礎上升溫后的最高值）；

內(nèi)外溫差值：混凝土中心與表面（距離外表50mm）溫差宜≤20℃，不應超25℃；

降溫速率：≤2.0℃/d；

養(yǎng)護水溫：養(yǎng)護水溫與表面（距離外表50mm）溫差≤15℃；

養(yǎng)護時間：當中心溫度與環(huán)境平均氣溫≤20℃可拆除養(yǎng)護，養(yǎng)護時間≥14d。

2.2 入模溫度控制措施

嚴控入模溫度是大體積混凝土防控裂縫的關(guān)鍵措施之一，入模溫度越高，相應的水化速率及溫升越高，開裂風險增加。研究表明，入模溫度每升10℃，溫升增加約5.0℃[6-7]。本工程施工正值炎熱的夏季，為降低溫度裂縫出現(xiàn)的概率，根據(jù)現(xiàn)有條件需采取溫控措施將入模溫度控制在合理范圍內(nèi)，控制措施如下：

⑴提前7d 以上預存放五千噸水泥入倉冷卻降溫，確保使用時水泥溫度控制60℃以下；

⑵粗細骨料提前入倉遮陽冷卻，并開啟霧化噴淋系統(tǒng)降溫；

⑶水池中預先投入冰塊融化，冷卻拌合用水，采用低溫水拌合混凝土；

⑷攪拌運輸車采用棉被包裹保溫，隔絕外界熱量，運輸前罐體沖水降溫；

⑸根據(jù)運距、澆筑情況合理安排運輸車輛，防止現(xiàn)場車輛長時間等待積壓而升溫；

⑹白天氣溫較高時，工作面上方采用遮陽、噴霧措施，降低澆筑倉面溫度。

2.3 生產(chǎn)與運輸

本工程澆筑體量大，澆筑時間長，為保障多點作業(yè)連續(xù)施工，從技術(shù)實力、供應能力及運距等綜合考察，選擇江北新區(qū)4 家拌合站作為主供站點，9 條線保供。為防止突發(fā)情況中斷澆筑導致質(zhì)量事故，另選3 家作為備用站。根據(jù)路況提前規(guī)劃行車及備用路線，施工區(qū)域規(guī)劃好進出廠路口、洗車輪點、泵車停放等，設置醒目指示牌，并成立管理協(xié)調(diào)小組。受現(xiàn)場條件限制，共設置11輛汽車泵、8 輛車載泵澆筑，具體布置見圖4。

圖4 江北新區(qū)地下空間底板大體積混凝土澆筑泵車布置平面圖

2.4 澆筑與振搗

根據(jù)底板大敞開面結(jié)構(gòu)形式，采用“分層澆筑、一個斜面、一次到頂”的澆筑方法，混凝土流向方向為中心開花、兩個方向，斜面推進，汽車泵收頭，泵前坍落度控制在（180±20）mm。為降低層間混凝土水化放熱及保證混凝土密實性，分層厚度不宜超過500mm，采用標尺杠控制，振搗棒振搗移動間距宜為400mm 左右，布點均勻排列，逐點移動，防止過振、漏振，以混凝土表面泛漿和不再沉落為準。澆筑分層剖面圖見圖5。

圖5 江北新區(qū)地下空間底板大體積混凝土澆筑分層剖面圖

采取中間開花的澆筑方式，為預防混凝土澆筑過程中可能出現(xiàn)泌水突發(fā)狀況，而引起層間混凝土粘結(jié)問題，從中間向南北方向順序澆筑。在基坑周邊設置排水溝，一旦有泌水出現(xiàn)將匯集至集水井，然后利用水泵將積水抽至基坑外排水溝，確保混凝土澆筑質(zhì)量。處理方式示意圖見圖6。

圖6 江北新區(qū)地下空間底板大體積混凝土泌水處理方式

2.5 保溫保濕養(yǎng)護

保溫保濕養(yǎng)護是保障實體結(jié)構(gòu)施工品質(zhì)以及落實表4 中溫控指標的重要環(huán)節(jié)，一方面為混凝土水化提供源源不斷的水分，增強基體密實性及強度，另一方面存儲熱能，減緩熱量散失速率，降低內(nèi)外溫差及降溫速率。考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)、溫控指標等[8]，選擇導熱系數(shù)較低的保溫材料，并依據(jù)GB50496 標準計算覆蓋保溫層厚度。此外考慮保濕控制要求，最終采用薄膜+土工布+厚巖棉被覆蓋方式進行保溫保濕養(yǎng)護，見圖7。

圖7 江北新區(qū)地下空間底板大體積混凝土保溫保濕養(yǎng)護

2.6 應用效果

養(yǎng)護期結(jié)束后，通過對底板表面實地觀察發(fā)現(xiàn)：抹面處理較好，無泌水、砂線等明顯外觀缺陷，回彈強度滿足設計要求。與同類工程相比，裂縫情況顯著改善，應用效果基本良好。

3 施工管理

本工程底板結(jié)構(gòu)超大體積混凝土于2021 年8 月21 日9 時28 分時開始澆筑，歷時55 小時完成。為保障施工作業(yè)的連續(xù)性及工程質(zhì)量，成立了公司層面的協(xié)調(diào)調(diào)度管理小組，設置總指揮統(tǒng)籌澆筑工作，通過組織人員白天與夜間接替倒班跟蹤指揮，全程對混凝土生產(chǎn)、攪拌車運輸、澆筑振搗、入模檢驗、試塊制作、后勤保障等環(huán)節(jié)進行有序安排，整體過程順利，較為圓滿地完成了施工階段任務。

4 結(jié)語

⑴通過實地考察調(diào)研優(yōu)選原材料品質(zhì)，采用大摻量摻和料優(yōu)化設計配合比，制備了低收縮C50 高強混凝土。經(jīng)測試，力學及耐久性能滿足設計要求，且7d 絕熱溫升不超46℃，30d 自收縮變形不超150με。

⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、施工工況及標準要求，提出了滿足C50 超大體積底板溫控技術(shù)指標，充分考慮經(jīng)濟、技術(shù)及可實施性，制定了包括入模溫度控制、混凝土生產(chǎn)、運輸、澆筑、養(yǎng)護等一系列優(yōu)化工藝及具體措施，對保障大體量底板連續(xù)性澆筑施工及降低開裂風險至關(guān)重要。

⑶基于C50 低收縮混凝土及關(guān)鍵工藝，同時建立協(xié)調(diào)管理小組，監(jiān)督與指揮落實各施工環(huán)節(jié)。本工程3 萬多方混凝土歷時55h 圓滿澆筑完成，養(yǎng)護結(jié)束后觀察外觀基本良好，無明顯缺陷。與同類工程相比，裂縫情況得到改善，具有一定的借鑒意義。