超长混凝土结构整体浇筑施工技术

2010-05-08周解慧

铁道建筑 2010年6期

周解慧

(北京铁路局工程管理所，北京 100860)

超长混凝土结构作为大体积混凝土，具有体积大、工程条件复杂等特点，混凝土受温度应力与收缩应力的双重作用容易产生开裂，施工技术和质量要求较高。因此，超长混凝土除应满足强度、工作性和体积稳定性等以外，同时，还应满足结构的整体性和耐久性等要求，减小和控制混凝土温度应力和收缩应力变形，是避免混凝土产生裂缝的技术关键，也是超长混凝土结构裂缝控制的难点。超长结构混凝土浇筑的通常做法是设置混凝土后浇带，但是，设置后浇带，在工程水位高，水量大的条件下难度较大，既影响工期又有可能留下渗水的隐患。本文以客运专线北京调度所大楼为例，分析了不同水泥品种、掺合料的水化热及发展速率，通过优化“双掺”混凝土的配合比、完善施工工艺，添加CSA抗裂剂和聚丙烯纤维等技术措施，实现了取消“后浇带”的超长混凝土结构整体浇筑。

1 工程概况

新建客运专线北京调度所大楼结构形式为全现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，顶层为钢结构。结构设计基准期取50年，耐久性按100年考虑。地下室侧墙采用现浇钢筋混凝土墙自防水，防水等级一级，混凝土抗渗等级S10，外包柔性防水材料。基础底板平面尺寸长×宽为118.8 m×78.1 m;地上结构长 ×宽为110.0 m×71.5 m;筏板厚度为1.2 m，局部厚度达2.5 m或2.8 m;设计强度等级为C40，抗渗等级 S8。梁高2 500 mm，宽2 200 mm;框架柱、剪力墙为 C40混凝土，外墙混凝土厚800 mm，混凝土等级C40。楼板采用C30，顶板浇筑面积很大，地下室墙体混凝土厚度达800 mm，均为超长结构混凝土的浇筑施工。场地地下水为潜水，埋深9.6～10.6 m，在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱侵蚀性。

根据规范要求，本超长结构的混凝土施工应每隔30～50 m设一条“后浇带”，考虑降低墙体开裂、基础底板渗水风险、缩短施工工期的目的，采用超长结构混凝土一次连续浇筑成型的施工方案。

2 原材料选择

2.1 水泥

水泥的质量在很大程度上决定了混凝土的主要性能。根据对北京及周边地区生产规模较大水泥厂家的水泥试验和分析比较，目的是选择水化热低、需水量小、含碱量低、放射性合格、质量稳定而生产、供应能力强的P.O42.5级水泥产品。对五家水泥厂的产品进行了试验比较，结果如表1。

水化热试验采用两种水泥进行，即琉璃河长城P.O42.5水泥和太行前景 P.O42.5水泥，掺合料有 I级粉煤灰、Ⅱ级粉煤灰、SA和I型复合掺合料。见表2。

试验结果表明，各种掺合料掺量以≥50%取代水泥时，3 d、7 d的水化热均有不同程度的降低，其中粉煤灰最好。

根据表1和表2研究结果，确定选用水化热较低的北京琉璃河P.O42.5水泥，同时控制水泥中发热量最快、最大的碱含量不超过7%。

采用全部指标符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)的普通硅酸盐水泥。要求水泥的比表面积＜350 m2/kg;水泥的碱含量＜0.6%;水泥的3 d水化热＜270 kJ/kg，7 d水化热＜300 kJ/kg。

表1 各品牌P.042.5水泥性能

表2 各品牌P.042.5水泥水化热

2.2 骨料

粗骨料采用粒径为5～25 mm连续级配且含泥量＜1%的低碱活性机碎石(石灰岩)，细骨料为含泥量＜3%的中砂(或者人工砂)，检验标准为现行行业标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法》(JGJ52—2006)。

2.3 粉煤灰

掺加优质粉煤灰，在满足混凝土和易性、力学性能和耐久性能的条件下，尽量使水泥用量降至最低值，最大限度降低混凝土水化热和发展速率。

对粉煤灰检验执行现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—2005)。要求细度(0.045 mm方孔筛筛余)不大于12%，需水量比不大于95%，氧化钙含量不大于2.5%且体积安定性合格。

2.4 外加剂

外加剂采用北京方兴外加剂厂生产的JF-9缓凝型高效减水剂，掺量2.0% ～2.5%。经过多次试验，JF-9缓凝型高效减水性能稳定，坍落度保持较好，与北京常用的水泥、粉煤灰匹配有较好的适应性。外加剂检验执行现行标准《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119—2003)中一等品的技术要求。

2.5 矿粉

选用质量稳定的S95矿粉。对矿粉检验执行现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046—2008)。

2.6 纤维

采用聚丙烯纤维提高混凝土的早期抗裂性，聚丙烯纤维长度19 mm。检验标准为现行行业标准《纤维混凝土结构技术规程》(CESC38—2004)。

2.7 膨胀剂

选用CSA型混凝土膨胀剂，一方面补偿混凝土收缩，减少混凝土收缩裂缝，另一方面改善混凝土孔结构，提高混凝土密实度。各项指标符合《混凝土膨胀剂》(JC476—2001)规定的要求。

3 主要部位混凝土配合比(见表3、表4和表5)

为了降低混凝土内部温升，抑制水泥水化速度，在满足混凝土强度、耐久性的前提下，采用较低的水泥用量，同时掺入一定量的优质粉煤灰，“分解”水化热，同时改善混凝土和易性。使用缓凝型的外加剂，调整混凝土凝结时间，保证混凝土的整体浇筑，同时延长混凝土内部散热过程，避免温度和应力的集中释放裂缝。底板、外墙、顶板混凝土单方碱含量分别为1.70、1.98和1.91 kg，均符合国家标准要求。

表3 底板C40 S8混凝土配合比kg/m3

表4 外墙C40 S10混凝土配合比 kg/m3

表5 顶板C30混凝土配合比 kg/m3

4 大体积混凝土施工

本工程基础约为25 000 m3，体积较大，必须采取有效的措施控制混凝土的水化热，避免产生温度裂缝。除了掺加适量的粉煤灰，采取混凝土缓凝和覆盖养护措施外，控制入模温度十分重要。本工程施工时间段是2009年2月至3月，所以入模温度的控制应分两个季节考虑。

4.1 冬期施工

基础底板和外墙混凝土大部分处于冬期施工，少部分为常温施工。冬期施工期间，混凝土的入模温度应控制在5℃ ～10℃。应控制好热水的温度。

4.2 非冬期施工

混凝土入模温度控制一直没有得到足够的重视，特别是高温季节，混凝土入模温度经常失控，有的甚至达到35℃以上，对混凝土的水化热控制非常不利。控制混凝土的入模温度不是简单的加冰水问题。实践证明，加冰水后，混凝土的入模温度仅仅降低了1℃ ～2℃，控制混凝土的入模温度必须从原材料抓起，水泥温度控制，建议水泥温度不得超过60℃;骨料温度，建议选择砂、石料有大棚的搅拌站。

4.3 大体积混凝土的浇筑和养护

混凝土浇筑方法必须合理，避免混凝土出现冷缝，从而产生渗水通路。

本工程的混凝土浇筑方法是沿纵向采用连续浇筑方法，混凝土自然流淌形成一个斜坡。这种方法能较好地适应泵送工艺，避免泵管的经常拆除冲洗和接长，提高泵送效率，保证及时接缝，避免冷缝的出现。在浇筑混凝土时，在每个浇筑带的前后布置两道振动器，第一道布置在混凝土的卸料点，主要解决上部的振实，第二道布置在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。为防止混凝土集中堆积，先振捣出料口处混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振捣，并严格控制振捣时间、振捣棒的移动间距和插入深度。

4.4 混凝土浇筑

1)混凝土的浇筑应严格控制混凝土坍落度，入模混凝土坍落度不宜超过200 mm。

2)在浇筑CSA混凝土前，模板及钢筋间的所有杂物必须清理干净。

3)混凝土的浇筑要连续，按施工组织设计方案和混凝土施工规范进行，并避免混凝土出现冷缝。

4)CSA混凝土振捣必须密实，不能漏振、欠振、也不可过振。振捣时间宜为10～30 s，以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。振捣时，快插慢拔，振点布置要均匀。在施工缝、预埋件处，加强振捣。

5)混凝土接茬时间不宜超过6 h。

4.5 混凝土养护

混凝土的养护是保证质量的最重要的措施之一，一定要派专人负责养护工作。本工程处于季节变换时期，应密切注意天气预报，根据气温情况采用相应的养护措施。

1)底板混凝土。北京地区3月15日前为冬期施工的法定时间，除了由于气候干燥引起混凝土表面失水过快的现象外，尚有可能存在混凝土表面早期受冻问题。本工程底板混凝土的浇筑在2月15日左右。因此，本工程底板混凝土不具备二次抹压条件，可以不进行二次抹压工艺。在此情况下，混凝土浇筑完毕后，必须立即覆盖一层塑料薄膜，以防止混凝土表面出现裂缝(主要是塑性沉降裂缝、和表面快速失水干缩裂缝)，混凝土终凝后，覆盖1～2层养护草垫进行蓄热养护，确保混凝土内外温差不超过25℃。在全部浇捣完毕后，采用蓄水养护方式养护。

2)墙体混凝土。墙体混凝土浇筑时，气温已经提升，混凝土受冻的可能性极小。墙体混凝土为立面结构，水分无法集聚，洒水后会很快风干，另外，本工程墙体混凝土厚度达800 mm，加上强度等级高，造成混凝土具有大体积混凝土的性质，需要控制墙体混凝土的水化热，因此，墙体混凝土的养护遵循下述原则:拆模时间不得少于3 d;采用钢模板，降低混凝土水化热的峰值;对于已经浇筑完毕的混凝土，混凝土终凝后，沿混凝土水平施工缝上部浇水养护，并提前松动支撑模板的螺栓，便于水分通过缝隙进入混凝土的表面进行养护;拆模后，立即涂刷混凝土养护剂，边拆模边涂刷。

3)梁板混凝土。对梁板混凝土的养护，根据气候情况采取两项措施:浇筑混凝土期间，风力很小时采用混凝土表面二次抹压+洒水的方式养护;风力较大时采用覆盖塑料薄膜+洒水的方式养护。