深圳京基金融中心底板高强大体积混凝土的配制 与裂缝控制实践

中国混凝土南方地区第八次技术交流会论文集 2011/5/6 16:45:02 0


 

深圳京基金融中心底板高强大体积混凝土的配制与裂缝控制实践

高芳胜,尤立峰

(深圳市安托山混凝土有限公司,广东 深圳 518040

 

摘要:在不掺膨胀剂、冰屑、不设冷却管、不掺纤维、不施加预应力的情况下,通过优化混凝土配合比,改进施工工艺,采取有效的养护措施,加强温控监测,能很好地解决深圳京基金融中心工程高强大体积混凝土C50P10的裂缝控制问题。

关键词:大掺量矿渣粉和粉煤灰;裂缝控制;混合砂

 

0      前言

近年来,随着我国超高层建筑的不断开工,建筑的高度不断被刷新,其基础底板受力状态不断加重,结构越来越厚,混凝土强度等级越来越高,总胶凝材料用量越来越多,混凝土水化热更高,更加不利于大体积混凝土的温度裂缝控制。而裂缝的产生原因与结构设计、配比设计、原材料控制、施工管理技术、环境状态等诸多因素有关,裂缝控制是一个高度综合性的系统工程,必须由多个专业的良好配合才能取得裂缝控制的成功[1]。本文主要通过对混凝土配比、质量控制、施工养护等方面进行分析,探讨有效控制大体积混凝土裂缝的措施。

1  工程概况

京基金融中心位于深圳市罗湖区蔡屋围,占地面积约4.7万平方米,总建筑面积约60万平方米,总投资约50亿元人民币,其中A座主塔楼高439m,地下4层,地上98层,建筑面积为24万平方米,新楼与地王大厦相依相偎,将成为深圳又一标志性建筑(图1),预计2011年建成并投入使用。本工程由深圳市京基房地产开发有限公司开发,由深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司进行施工图设计,由中国建筑第四工程局有限公司施工总承包,大底板的混凝土由深圳安托山混凝土有限公司供应。

主塔楼大底板中间核心筒部位厚度为4500mm、外框筒部位厚度为4000mm、再向外厚度变成2000mm,东西方向长67.5m,南北方向长57.3m,面积约3868m2,总混凝土方量超过1.3m3,混凝土等级为C50P10,属于超长、超宽的高强大体积混凝土结构,控制裂缝的技术难度较高。大底板与四周的支护桩或裙楼底板之间设有800mm宽的后浇带。搅拌站距离该工程14公里,运输时间约30分钟,底板施工局部图如图2

2  配合比设计的主要指导方针和指标要求

根据以前大体积混凝土开裂的经验,影响裂缝控制的主要因素可分为材料、结构及施工三方面。从材料方面,引起混凝土裂缝的主要原因是水泥及胶凝材料的水化热和收缩,必须采取有效措施降低水化热和收缩作用,尽可能减少水泥的用量和胶凝材料总量,严格控制原材料的质量,特别是粗细骨料的含泥量,对于水泥及矿物掺合料的成分必须进行严格检验,尽可能减少单方用水量,适当选择大体积混凝土的水胶比,保证混凝土不仅有良好的抗压强度,还应当有良好的抗折强度(弯拉强度),为此利用混凝土的90d后期强度代替常用的28d强度,严格控制坍落度和硬化时间,选用高效减水剂,最后使高强大体积混凝土不产生由于自约束及外约束引起的有害裂缝。

经项目部与设计、监理、混凝土公司反复沟通,决定采用混凝土的90d度来进行混凝土的试配、评定和验收,并确定混凝土的技术指标要求如下:

  1)等级:C50P10(强度评定标准:90d标养立方体抗压强度)。

  2)坍落度:140180mm

  3)坍落度经时损失30mm/2h

  4)初凝时间:2022h;终凝2426h

  5)和易性良好,无离析泌水现象。

 

                   

   3  原材料

1)水泥:采用日本进口的小野田P.O42.5级水泥,其有关性能指标如表1所示。该水泥质量稳定,从生产到使用的降温期长,确保连续生产使用过程中水泥搅拌机的入机温度小于30℃,有效降低混凝土的出机温度。

1 水泥性能指标

比表面积(m2/kg

标准稠度用水量(%

安定性

凝结时间  (min)

抗压强度  (MPa)

抗折强度  (MPa)

水化热    (kj/kg)

初凝

终凝

3d

28d

3d

28d

3d

7d

345

25.6

合格

130

195

35.1

61.8

6.6

9.3

242

296

2)矿渣粉:采用广东韶关钢铁厂生产的S95级矿渣粉,其性能指标如表2所示。

 

 

2  S95级矿粉性能指标

比表面积(m2/kg

密度   g/cm3

烧失量(%

含水量(%

SO3%

流动度(%

活性指数

7d

28d

420

2.85

0.25

0.30

0.04

105

78

104

  3)粉煤灰:采用深圳妈湾电厂生产的FI级,其性能指标如表3所示。

3  I级粉煤灰性能指标

细度(%

需水量比(%

烧失量(%

含水量(%

SO3%

游离氧化钙(%)

8.0

94

1.90

0.6

2.2

0.27

4)砂子:采用天然中砂与机制砂按7:3比例混合而成的混合砂,掺用机制砂有利于提高混凝土的稠度,使混凝土不容易离析、泌水,提高混凝土的抗拉强度,其性能指标如表4所示。

4  混合砂性能指标

细度 模数

级配区

表观密度(m2/kg

堆积密度(m2/kg

泥块含量(%

石粉含量(%

亚甲蓝MB

2.9

2620

1470

0.3

3.2

合格

  5)石子:采用525mm连续级配碎石,针片状含量4%,含泥量0.4%,无潜在碱硅反应危险。

  6)外加剂:采用安托山减水剂厂经特殊复配的ATS-SP1萘系缓凝型高效减水剂,其性能指标如表5所示。

5  减水剂性能指标

PH

净浆流动度(mm

减水率(%

含气量(%

28天抗压强度比(%

7.5

240

22

2.0

115

4       优化混凝土配合比的设计

根据配合比设计及工程的具体要求,结合类似大型底板工程实践,通过大掺量矿渣粉和粉煤灰降低水泥用量,降低水化热,利用混凝土90d龄期强度。更多地节约水泥和处理电厂废弃物、可节能、节约资源和改善温室效应,降低混凝土成本,提高混凝土抗渗性能、抗cl-渗透等能力。采用机制砂替代30%天然砂,改善混凝土的孔结构,增强混凝土的密实度,提高了混凝土的力学性能和耐久性能2。通过配比筛选并确定如下配比进行试验(见表6),强度结果如表7

 

 

 

表6 配合比与拌和物性能试验结果

组别

试验配合比(kg/m3

坍落度(mm)

凝结时间(h:min)

水泥

矿粉

煤灰

混合砂

石子

减水剂

出机

2h

初凝

终凝

1

240

100

100

707

1050

163

11.4

210

200

20:01

24:30

2

220

100

100

727

1050

163

10.9

210

190

20:35

24:45

3

200

100

100

747

1050

163

10.4

200

185

21:15

25:25

7 强度试验结果

组别

抗压强度((MPa))

抗渗等级28d

3d

7d

28d

60d

90d

1

40.9

51.1

65.5

73.6

77.8

P18

2

36.6

47.8

61.6

69.2

72.4

P18

3

33.5

43.4

56.8

65.0

68.3

P18

综合各项试验结果,决定采用第3组配比进行生产。

5  生产组织及质量控制

根据工程施工情况,做好混凝土生产的各项准备工作,确保原材料和混凝土运输车辆的保障供应(最多共调用了539方车),保证混凝土的连续性浇筑。采取有效措施控制原材料的质量和入机温度,进而降低混凝土的出机温度,提高混凝土的均质性,有利于温度裂缝的控制。

5.1  原材料质量控制措施

水泥由日本船运进口,从生产到使用的降温期长,循环使用水泥罐(2400/6个),水泥进场入罐后有一定的降温时间,使得连续生产过程中水泥的入机温度接近空气温度。粉煤灰每车必检,第一次预检合格后入罐过程随机抽检不少于2次,监控质量稳定性。充分利用能堆放5万立方库存量的砂子堆场,做到提前半个月存放砂子,并通过堆放过程的不断推高混合,有利于砂子的均匀性、降低cl-含量、稳定含水率。石子直接由碎石生产线生产并分级后进入混凝土骨料仓,避免了太阳的暴晒。萘系缓凝型高效减水剂经调整缓凝组分,适当延长缓凝时间,延缓混凝土水化温峰的出现。

5.2  混凝土质量控制措施

严格按要求做好混凝土生产的开盘鉴定工作,按每生产300立方抽样一次,检测混凝土的出机温度,坍落度等拌合物性能,成型各龄期抗压强度和28d渗试块。每车混凝土必须经试验室质检员目测,确认坍落度满足要求并签名后才能出厂。现场派有技术员或试验员24h跟踪和反馈混凝土质量信息。

6  工程应用情况

6.1  质量控制情况

共浇注约13231立方混凝土,浇注时间为2008122123日,一次性连续浇注完毕,用时约53小时。现场混凝土入模坍落度150180mm,混凝土无离析泌水现象,和易性良好。试验室共成型48组各龄期强度试块(见表8)。从标准偏差看,质量稳定,其中28d平均抗压强度达强度标准值(fcu,k)的115%90d抗压强度平均强度达强度标准值(fcu,k)的132%;抗渗试验按照GBJ82-85进行,均达到设计要求。强度与龄期关系图如图3

6.2  施工与振捣

浇筑方法采用斜向分层,薄层浇筑,循序退浇,一次到底连续施工的方法。为了保证每一处的混凝土在初凝前就被上一层新的混凝土覆盖,采用斜面分层式浇捣方法,混凝土一次自然流淌,坡度约为110。分层浇捣使新混凝土沿斜坡一次到底,使混凝土充分散热,从而减少混凝土的热量,混凝土振捣后产生的泌水沿斜坡排走,保证了混凝土的质量。

表8 强度检测值

龄期

抗压强度((MPa))

3d

7d

28d

60d

90d

34.9

42.4

57.6

63.9

66.9

标准偏差

3.1

3.2

2.9

2.8

3.1

离散系数

 

 

5.0

4.4

4.6

6.3  早期塑性收缩裂缝的防治

近年来,我国大体积混凝土特别是高强大体积混凝土,在浇筑初期,甚至在拆模前后就出现开裂现象,这是由于水泥及掺合料与水发生激烈的水化反应,同时产生泌水和大量水分散发,混凝土会产生早期的塑性收缩,收缩量较大,极易引起裂缝。在混凝土接近初凝时便开始喷水养护,同时采用磨光机对混凝土表面进行磨压,然后再用扫把将表面拉毛,封闭混凝土的早期裂缝,处理混凝土表面出现的早期塑性裂缝。

6.4  养护

在混凝土浇筑过程中,已经浇筑到设计标高的地方,抹平后立即用塑料薄膜覆盖,并在塑料薄膜上加盖两层麻袋,最后再铺设塑料薄膜。混凝土中心最大温度与大气温度之差大于25℃时,不得移开保温层。整个湿润养护过程必须保持有完好的覆盖,方能取得良好养护效果,无覆盖的间断浇水对养护非但无效,有时甚至是不利的,因为混凝土在干湿交替作用下会产生不利的内力状态。

6.5  测温结果

采用电子便携式测温仪,温度记录误差不大于±1 ℃。现场共布置11个测温点,安排专人进行温度检测,测温历时52天,升温阶段每隔2小时记录一次,降温阶段每隔4小时记录一次。14天后每天记录一次。 混凝土浇注过程中,大气温度为1323℃,环境湿度为40%70%,混凝土入模温度2429℃。其中10号测温点传感器布置如图4,取中心偏下的2.6处典型的温度记录并绘出混凝土水化热温升曲线如图5

升温阶段第5d后达到峰值,混凝土中心最高温度76℃,表层温度达到53℃,里表最大温差32℃,平均22℃。温度降低缓和,小于2℃/d,在第26天后基本稳定。28天后建设方、施工方、监理共同检查整体情况,未发现任何有害裂缝。从以上裂缝控制结果看,控制混凝土的里表温差固然很重要,但是更重要的是控制降温速率、控制自约束应力和外约束应力。

7  结论

大体积混凝土产生裂缝的原因是众多的,源头是把好原材料质量关,严格控制混凝土的均质性,减少砂石骨料的含泥量,提高粗骨料的含量和粒径;重点是做好优化配合比设计并充分利用混凝土60d90d龄期的强度,提高混凝土的抗拉和抗折强度,减少水泥用量,加大矿渣粉、粉煤灰的掺量是控制大体积混凝土温差裂缝和提高耐久性的有效途径。采用合适的施工养护方法,优化保湿养护措施,严格控制坍落度,加强温度监控措施,有效控制超厚体积混凝土的内外温差,特别是降温速率和采取连续无变形缝浇筑,是控制大体积混凝土裂缝的有效措施。本工程所采取的一系列措施,确保了工程的质量,节约了经济投资。

  

200

1400

2600

3800

0.0000

4000

 

参考文献

1】王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑出版社.2007.P98.

2】王建程等.天津县机制砂在混凝土中的应用.商品混凝土专刊.2009.6.P51

作者简介:

1、  高芳胜(1977),男,高级工程师,深圳市安托山混凝土有限公司总工程师,长期从事商品混凝土的技术管理工作,广东省土木建筑学会混凝土专业委员会副主任委员,深圳市质量协会副会长。联系电话:0755-8350037013923709065。单位地址:深圳市福田区北环路南侧(518040)。

2、尤立峰1977—),男,工程师,深圳市安托山混凝土有限公司副总经理兼试验室负责人,长期从事商品混凝土的技术管理工作。单位地址:深圳市福田区北环路南侧518040)。

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