西安荣民金融中心大体积混凝土施工技术

2021-04-27王敏张凯峰刘天云白航刘超

商品混凝土 2021年4期

王敏，张凯峰，刘天云，白航，刘超

（中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710100）

1 工程概况

西安荣民金融中心项目，位于西安市未央区未央路与凤城南路交叉口东南角，塔楼：地下 3 层、地上57 层；塔楼建筑高度：屋面 249.5m、幕墙 269.9m。总建筑面积 143354m2，其中：地上 128135m2、地下车库15218m2，塔楼：地下 3 层、地上 57 层；塔楼建筑高度：屋面 249.5m、幕墙 269.9m；核心筒由 30 根劲性柱，外框由 18 根直径 1600～1300mm 钢管柱及工字钢梁组成。筒内楼板为钢筋混凝土楼板，筒外楼板为钢筋桁架楼承板。本工程混凝土使用年限 100 年。

2 工程特点与难点

本工程主楼地下采用整体筏板基础，塔楼主体范围以内基础筏板厚度为 3.4～9.5m，塔楼主体范围以外基础筏板厚度为 0.8m。混凝土强度等级为 C40，抗渗等级为 P10，对混凝土的配合比、体积稳定性、抗碳化、抗化学腐蚀等混凝土耐久性均具有较高的要求。塔楼底板混凝土总浇筑方量约 1.4 万方，因此水化热的控制、收缩裂缝的控制、混凝土的养护及温控是该项目混凝土技术中的最大难点。须重视提高大体积混凝土施工技术水平，做到合理控制水泥水化热，精心施工[1-3]。大体积混凝土施工中加强温度监控，是控制温度裂缝的重要措施[4-6]。

3 C40 混凝土的绝热温升

3.1 C40 混凝土配合比

C40 混凝土配合比见表 1。

表 1 混凝土配合比 kg/m3

（1）胶凝材料水化热总量可按式 (1) 计算：

式中：Q——胶凝材料水化热总量，kJ/kg；

Q0——水泥水化的总热量，kJ/kg；

k——不同掺量掺合料水化热调整系数，其值取法参见表 2。

表 2 不同掺量掺合料水化热调整系数

（2）因水泥水化热引起混凝土的绝热温升值[7]可按式 (2) 计算：

式中：

T(t)——混凝土龄期为 t 时的绝热温升，℃；

W——每方混凝土的胶凝材料用量，kg/m3；

C——混凝土的比热，一般为 0.92～1.0kJ/(kg·℃)；

ρ——混凝土的密度，2400～2500kg/m3；

m——与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，0.3～ 0.5d-1；

t——混凝土龄期，d；

Q——水泥的水化热，kJ/kg。

根据混凝土的配合比，粉煤灰占胶凝材料总量的24.4%，因此，水化热的调整系数取 0.94，混凝土的龄期取 7 天，混凝土的比热取 0.95kJ/(kg·℃)，混凝土密度 2400kg/m3，胶凝材料总量 428kg，m 取 0.4，水泥水化热取 340kJ/kg，将以上数据带入混凝土绝热温升计算公式得：

如果施工时的环境温度为 0℃，混凝土的入模温度约 10℃，预计混凝土中心温度可能会达到 65℃。

3.2 C40 混凝土力学性能

C40 混凝土配合比如表 1，混凝土养护龄期为 7d、28d、60d、90d、180d、360d 的抗压强度结果见表 3。

表 3 不同龄期混凝土强度

从表 3 可以看出，C40 大体积混凝土随着龄期增大，抗压强度增加，60d 达到 53.5MPa。在混凝土中，各种胶凝材料的反应速度是不同的，随着龄期而变的、其变化律也不同。比如硅酸盐水泥的水化较快，在早龄期对强度有较大的贡献，但它的水化放热量是较大的，而且相对集中在早期。而一些矿物外加剂的反应是较慢的，对混凝土的早期强度贡献较小，对后期强度贡献大，但它们的水化放热量则是较小的、并且放热比较平缓。因此，掺入矿物外加剂是降低混凝土放热量的一个重要的技术途径。如果过分地强调早期强度而限制了矿物外加剂的使用，那么混凝土放热量久很难控制。大体积混凝土的温度裂缝一般是在施工期出现，混凝土构件并不承受较大荷载，主要荷载逐渐增加。因此，过分强调早期强度并没有太大的实际意义。相反，采用较晚龄期的强度则有利于矿物外加剂的使用，这不仅可以有效地控制混凝土的放热量，也有利于矿物外加剂潜能的发挥。由此看来，对于大体积混凝土来说，以较晚龄期的强度作为混凝士强度等级的评定标准既是必要的，也是可行的。

3.3 主要措施

本工程混凝土强度等级较高，由于混凝土搅拌站在混凝土配合比中采取了有效的技术措施，水泥用量相对较少。但混凝土厚度较大，尤其是大体积混凝土厚度超过 9m，水化热不易散发高，升温快降温慢。施工季节为 12 月下旬，西安地区冬季气温较低。因此，混凝土降温时的收缩与混凝土早期塑性收缩、干燥收缩共同作用是引起混凝土开裂的主要原因。

大体积混凝土在浇筑过程中及其后的一段养护时间内，对混凝土内部及表面温度进行跟踪检测。根据监测的温度变化状况及时采取适当的养护措施，对于防止因大体积混凝土内外温差过大产生温度应力而导致有害裂缝（深层、贯穿性裂缝）的产生有至关重要的意义。

4 温度监控情况

该工程采用 HC-TW80 混凝土无线测温仪进行温度监测，该仪器可以利用 GSM 移动网络，以 GPRS 方式传输数据，可通过计算机或手机接收实时温度信号，并显示曲线变化图形。

4.1 测位、测温点布置

根据该工程的具体情况，共布置 8 个测位（见图2），每个测位布置 3～5 个测点。温度传感器分别距离混凝土上表面 50mm，混凝土底面 100mm，混凝土厚度的 1/2 高度处，同时布置一个温度传感器实时监测环境温度变化。

4.2 温度控制方法

大体积混凝土温度的控制主要是控制降温速率、表层与中心最大温差及表层与环境温度之差。根据大体积混凝土施工的有关标准，本工程控制混凝土中心与表层的最大温差目标值是不大于 28℃，表层与环境温度之差不大于 20℃[8]。

该工程施工季节为冬季，气温寒冷，施工过程混凝土的入模温度较低，不需专门水冷却控制，混凝土浇筑完毕根据混凝土温度与环境温度的变化而确定覆盖保温养护措施，只要以后养护方法得当就能保证大体积混凝土的施工质量。

测位 3#、4#和 5#、6#分别布置在两个电梯井的边缘位置，用以测定电梯井周围的纵向和横向温度的变化。电梯井四周混凝土厚度 9500mm，此处混凝土发热量大。温度控制时既要考虑混凝土纵向的温差，同时还要考虑水平方向的温差，防止电梯井角上出现温度裂缝。

4.3 温度测控时间

从 12 月 25 日上午 10 点混凝土浇筑收面、可以上人开始布置温度传感器，到 1 月 22 日大面积温度温度降到安全区间，2 月 20 日电梯井温度降到安全区间，测温结束历时 57 天，其中 1 月 31 日下雪 1 天。

测位 1#、2#处混凝土最早开始浇筑，测温第 2 天测位 1#的中上处温度达到最高点 58.3℃，随后第 5 天开始降温。测位 2#第 5 天达到温度最高点 59.0℃，随后与第 7 天开始降温。降温到第 28 天，1#测温位中心温度 32.2℃，表层温度 19.5℃，环境温度 1.6℃；2#测位中心温度 43.4℃，表层温度 27.8℃，环境温度 1.6℃。

图 2 大体积混凝土测位布置示意图

测位 7#、8#处混凝土最晚开始浇筑，测温第 3 天测位 7#的中上处温度达到最高点 62.9℃，随后第 7 天开始降温。测位 8#第 3 天达到温度最高点 56.7℃，随后第 7 天开始降温。降温到第 28 天，7#测位中心温度34.3℃，表层温度 11.8℃，环境温度 1.6℃；8#测位中心温度 30.9℃，表层温度 12.8℃，环境温度 1.6℃。至此 3400mm 筏板混凝土的表里温差、表层与环境温度之差已降到安全温度之间，且降温速率均小于 2℃/d。

测位 3#、4#处为电梯井，混凝土厚度 9400mm，测温第 3 天测位 3#的中上处温度达到最高点 59.4℃，随后第 7 天开始降温。测位 4#第 3 天达到温度最高点61.4℃，随后第 2 1天开始降温。降温到第 28 天 3#测位中心温度 28.2℃，表层温度 12.5℃，环境温度 1.6℃；57 天 4#测位中心温度 39.0℃，表层温度 10.5℃，环境温度 5.8℃。

测位 5#、6#为另一个电梯井，混凝土厚度9400mm，测温第 2 天测位 5#的中上处温度达到最高点58.6℃，随后第 6 天开始降温。测位 6#第 2 天达到温度最高点 62.3℃，随后测温第 12 天开始降温。测温第 57天 5#测位中心温度 35.20℃，表层温度 9.3℃，环境温5.8℃；6#测位中心温度 42.0℃，表层温度 12.1℃，环境温度 5.8℃。

至此 9500mm 电梯井混凝土的表里温差、表层与环境温度之差已降到安全温度之间，且降温速率均小于2℃/d。

4.4 混凝土养护

混凝土浇筑完毕收面后即刻覆盖一层塑料薄膜，以保证混凝土表面不失水；同时及时覆盖一层棉被以减少混凝土表面的散热，又防止混凝土表面受冻；根据天气变化和现场具体情况，为了防止棉毡受潮而降低保温效果，再在棉毡上面覆盖一层彩条布。对电梯井部位，在上口处覆盖木板。

经过 57 天的温控，得到结论：混凝土中心最高温度 62.8℃，厚度大于 3400mm 的混凝土最大温差小于28℃，表层与环境最低温差小于 20℃，降温速率小于2℃/d。混凝土强度等级、抗渗等级满足设计要求，同条件养护混凝土试件强度达到 C40 强度等级要求。现场观察混凝土表面及混凝土周边、承台和电梯井，没有出现明显影响结构安全的贯通性裂缝。至此大体积混凝土温度监测和控制达到大体积混凝土规范要求。