大体积混凝土施工质量控制

宋 炜

(山西建筑工程(集团)总公司建筑工程研究所，山西太原 030006)

某工程位于太原市小店区亲贤街极为繁华的商业地段，东靠体育路，南临亲贤街，由6栋超高层住宅楼和1栋6层百货商场组成。规划总建筑面积为454 581.03 m2，地上部分建筑面积为349 894.23 m2;地下共2层(局部主楼部位3层)，地下建筑面积为104 686.80 m2。

本工程住宅楼结构设计为超高层型钢混凝土全落地剪力墙结构，主楼基础为桩基承台，承台混凝土总量约75 000 m3，混凝土强度均为C45P8。1号楼承台基础厚度为3.1 m，方量约为1.8万m3;2号，3号，5号，6号，7号楼承台基础厚度为2.6 m，方量均约为1.14万 m3。由于本工程地下室东西长 210.50 m，南北长269.06 m，地下室单层面积近50 000 m2，设置了34条后浇带，基础底板顶面标高分别为-10.30 m和-10.60 m。本工程混凝土全部采用商品混凝土。

大体积混凝土的施工，除必须满足国家和地方有关规范、标准的规定要求外，采取必要的预控措施防止大体积混凝土由于温度变化和收缩产生裂缝是施工技术准备的关键。根据大体积混凝土裂缝产生的机理，在抗裂验算的基础上通过控制原材料质量、降低混凝土的温差(入模温度、水化热温升)、减小地基的约束以及控制降温速率、充分利用混凝土的应力松弛特性、延长养护期、表面布设温度筋、加强施工过程控制等几个方面综合安排抗裂技术措施。

1 对原材料的要求

拌制混凝土的各种原材料除了必须满足相关国家规范和太原市地标外，还应符合以下规定:1)水泥:a.采用42.5级低水化热矿渣水泥，水泥的7 d水化热指标不高于275 kJ/kg，不得使用带有R字样的早强水泥。b.水泥的碱含量须满足每立方米混凝土中水泥的总碱量不大于2.25 kg。2)粉煤灰:粉煤灰的级别不低于Ⅱ级，不得使用高钙粉煤灰。3)粗骨料:宜采用5 mm～31.5 mm级配均匀的机碎石，含泥量不得大于1%，孔隙控制在39%以内。4)细骨料:为减小混凝土的后期收缩，宜采用中粗砂，细度模数2.5～3.0，不使用人工砂，砂的含泥量不得大于3%。5)外加剂:外加剂应采用低碱、低水化热的外加剂，不得具有早强性能，使用高效减水剂。

2 对商品混凝土的要求

除必须满足规范要求外，还应符合以下规定:1)水灰比控制在0.45以下。2)砂率控制在40%以内。3)混凝土的入泵坍落度宜控制在140 mm之内，误差±20 mm。4)大体积混凝土的缓凝时间宜为10 h左右。5)要求混凝土到达工地浇筑时的入模温度不得超过21℃。

混凝土供应单位可参考以下措施，也可在保证上述温度指标的前提下，根据企业特点采用其他措施。1)外加剂、砂石须遮盖，避免阳光直射，并保持通风，在拌合前2 d将碎石洒水降温;2)拌合水应使用地下水;3)散装水泥必须提前进料降温，保证拌合时的温度在18℃以下;4)混凝土运输罐车外罩保温套。

为保证水化热不超过本方案抗裂计算的要求，试配时须对各试配配合比作混凝土或混合胶凝材料的水化热试验，并及时将试验结果上报本项目部总工室。

3 主要技术措施

1)主楼承台采用60 d混凝土的强度，筏板基础仍采用28 d标准强度，同时，经业主、监理和有关专家共同论证，综合考虑各种因素，本方案确定每立方米混凝土中水泥用量为P.O42.5级水泥320 kg。2)采用三掺法，即在混凝土中同时掺加高炉磨细矿渣粉(S75)、粉煤灰和外加剂，以保证混凝土强度达到设计要求，同时改善混凝土的和易性。3)在满足泵送要求的条件下，降低砂率，使用UEA膨胀剂，防止混凝土因收缩产生裂缝。4)遵循抗、放结合的原则，为减小地基的水平阻力对底板的约束作用，在底板卷材防水层上干铺一层油毡作为滑动层。5)本工程底板计划浇筑时间基本上均处在6月～7月份，当大气温度高于混凝土的入模温度时，为尽可能减少浇筑时的冷量损失，浇筑时采取斜面分层、一次到顶的方式，使混凝土的暴露面积最小，混凝土输送泵管用一层麻袋包裹并经常洒水保持湿润。6)混凝土初凝前，表面用平板振捣器振捣两次，改善混凝土的密实性。两次振捣后，用刮杆刮平。为减少表面裂缝，适当增加抹面次数，终凝前，再用木抹子做两遍压实抹平，最后表面扫毛。7)加强养护，充分利用混凝土的松弛特性降低混凝土的收缩应力。混凝土的中心温度与表面温度差及表面温度与外界温度差可控制在25℃以内，降温速率宜控制在1.5℃ ～2℃。承台浇筑完成后7 d内，采用蓄水养护，蓄水深度不小于100 mm，蓄水围堰高度不低于200 mm，同时加盖三层棉被。8)保温保湿至少养护14 d，养护至第15天时，根据测温情况和当时天气情况决定是否撤销养护。在施工条件许可的情况下，应尽可能将养护期延长到30 d。9)做好浇筑后的测温工作，设专职测温工，及时将测温数据录入预先编制好温度曲线的描绘程序和温度应力的计算程序，实时掌握混凝土内部温度和应力的变化情况，推断下一时段的温度和应力变化趋势，根据计算结果决定是否调整保温层的厚度。

4 混凝土配合比的确定

根据以上确定的原则，参考搅拌站统计资料和试配数据，确定混凝土单方主要材料用量(kg)见表1。详细试配数据参见试配报告。

表1 混凝土配合比(每立方米混凝土主要材料用量)

5 测温方案

混凝土测温采用电子测温。测温点布置原则:

1)测量点的布置范围应以所选混凝土浇筑平面图对称轴线的半条轴线为测试区，在测试区内测温点按平面分层布置。

2)在测温区内，测温点的位置与数量根据混凝土浇筑体内温度场的分布情况及温控的要求确定。

3)在每条测温轴线上，测温点位不宜小于4处，且应根据结构的几何尺寸布置。

4)沿混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外表、底面和中心温度测点，其余测点宜按测点间距不大于600 mm布置。

5)保温养护效果及环境温度测温点数量根据具体需要确定。

6)混凝土浇筑体的外表温度宜为混凝土外表以内50 mm处的温度。

7)混凝土浇筑体底面的温度，宜为混凝土浇筑体底面上50 mm处的温度。

8)距混凝土表面1.5 m高度、露天、不易破坏处设三个普通温度计测量大气温度，气温取读数的平均值。

9)混凝土结构内测温点的平面布置图见图1(以1号楼为例)。1号楼3.1 m厚底板测温点垂直方向布置图见图2。

图1 1号楼测温点平面布置图

图2 主承台测温点平面布置图

10)测温时间。a.第1天～第3天每4 h测温1次;b.第5天～第7天每6 h测温1次;c.第8天～第14天每12 h测温1次;d.第15天～第21天每24 h测温1次;e.第22天～第30天每48 h测温1次，原则上，在混凝土浇筑结束后，7 d内每昼夜不应少于4次。入模温度的测量，每台班不应少于2次。在混凝土中心温度低于入模温度后可停止测温。

11)测温数据的管理。设置专人负责测温工作，并在施工前对测温人员进行详细的交底，保证数据采集的准确性。利用计算机对测温数据进行信息化实时管理，预先编制好温度曲线的描绘程序和温度应力的计算程序，及时整理录入测温数据，描绘出温度曲线、计算出累加温度应力，与浇筑前的估计情况进行比较，推断下一时段的温度和应力变化趋势，根据计算结果决定是否调整保温方式和保温层厚度。

12)测温注意事项。a.浇筑混凝土前应检查支撑钢筋是否牢固，测温点标高是否准确，探头、插头是否包严。b.使用探头测混凝土入模温度时，不得在流动的混凝土中探测。c.严密监测混凝土的温升情况，根据温度记录，增减保温材料厚度或层数。

控制大体积混凝土中心温度与表面温度之差，表面温度与环境温度之差应小于25℃。当大体积混凝土中心温度与表面温度之差超过25℃时，可增加保温材料厚度或层数，反之亦然。

从5月27日浇筑第一栋楼基础大体积混凝土开始，至7月25日止整个6栋超高层住宅基础大体积混凝土全部浇筑结束，从观察和采集的数据来看，各项指标均符合设计和规范要求，均在施工方案的控制之中。无论从商品混凝土的配比、调度、运输、场地布置等方面，还是从现场劳动力组织、测温、养护等方面均按照施工方案有条不紊的实施，达到了预期的效果和目的。

6栋超高层建筑基础混凝土总量达7.5万m3，其中1号楼方量最大，达1.8万m3，平均深度3.1 m，核心筒处最深达7.4 m，是最后一个浇筑完成的。

我们通过总结前5栋楼的经验和采集的数据，对施工方案又进行了优化。从原方案72 h缩短到60 h，由原来的斜面分层一次到顶的浇筑方式，改为先集中浇筑7.4 m深的核心筒部位至-13.40 m处，然后采取整体分层连续浇筑方式(共分6层)，使每层混凝土因水化热产生的温度又得到了释放。同时与商品混凝土供应商联系，研究在保证质量的前提下，如何使混凝土的初凝时间适当延长，混凝土供应商通过试配，适当的增加了外加剂——缓凝剂的用量，使混凝土初凝时间由原来的8 h延长至10 h，减少了因间隙时间长而造成的冷缝，保证了各层混凝土的有机结合。在防裂和保温方面，利用前5栋楼积累的数据，对保温和养护措施又进行了改进。浇筑结束后立即进行测温，刚开始在覆盖一层棉被和蓄水100 mm的情况下，混凝土内外温差达25.6℃(表面温度58.8℃，内部中心温度84.4℃)。及时调整覆盖厚度，增加蓄水量。由原来的一层增加到两层，蓄水深度由100 mm增加到200 mm，2 h后再进行测量时温差明显下降，3d后温差逐渐减小，只有24.5℃(表面温度63.7℃，中心温度88.2℃)。根据测温数据，决定第7天开始放水、撤被，进行正常养护。现在内外温差只有19.3℃(表面温度35.2℃，中心温度54.5℃)，基本达到正常水平，没有发现裂缝现象。由此看来，方案是切合实际的，措施是得当的，结果是圆满的。