天府机场超长结构跳仓法补偿收缩混凝土的应用研究

关素敏 郭杨 蓝堂伟 李清

【摘要】研究表明：在超长结构中，混凝土施工需进行分仓浇筑，且相邻仓位之间混凝土浇筑间隔不少于7天。膨胀剂的掺入降低了混凝土的抗压强度，而在配筋条件下，混凝土抗压强度增强。膨胀剂的掺入弥补了混凝土部分收缩，并且配筋也能限制混凝土的收缩。实体浇筑后，应力值检测小于3 MPa，符合裂缝控制标准。

【关键词】超长结构;跳仓法;补偿收缩混凝土

【中图分类号】 TU755【文献标志码】 B

随着社会经济和建筑技术的发展，航站楼、会展中心、体育场馆等大型公共建筑越来越多，建筑规模也越来越大，因建筑美观和使用需求，建筑师希望建筑少设缝或不设缝，导致超长混凝土越来越多[1]。据统计，在公共建筑中，超长建筑占90%以上。如武汉天河机场 T3航站楼主楼772 m x 245 m， 中国博览会展综合体单片300 mx324 m。

混凝土的质量对混凝土结构至关重要，其中裂缝控制是混凝土质量控制的关键。混凝土开裂是导致混凝土劣化加速甚至失效的重要因素[2]。混凝土中的裂缝不仅会影响结构的安全，并且在结构使用年限内，在外界荷载作用下裂缝存在扩散风险。因此裂缝的存在可能会影响到整个建筑物的耐久性和安全性[3]。此外，裂缝导致了混凝土存在渗透风险。环境中可溶性物质易通过裂缝渗人到混凝土内部，导致钢筋钝化膜受到破坏而产生锈蚀[4]。因此如何解决在超长结构中混凝土中的裂缝是目前关注的焦点。

传统大型航站楼混凝土常采用后浇带法，来控制结构裂缝。但是后浇带法缺点在于，虽然后浇带法能有效控制裂缝，但是其施工工期较长，浇筑时容易导致混凝土存在质量风险等问题[5]。针对后浇带法的不足，在大型航站楼混凝土施工过程中出现了"跳仓法"。采用"跳仓法"无缝施工技术能有效克服"后浇带法"施工所带来的问题，能在保证施工质量的同时实现快速施工[6]。目前，跳仓法的施工技术还比较粗糙，没有形成成套技术体系，并且也没有出台相关的国家技术标准。跳仓法通常主要应用在地下室等结构中，北京市出台了针对地下结构的地方标准 DB11/T1200-2015《超长大体积混凝土结构跳仓法技术规程》。

针对目前跳仓法在大型航站超长结构中应用较少的情况下，本项目分别进行了补偿收缩混凝土技术的相关研究，以及补偿收缩混凝土在天府机场超长结构"跳仓法"施工技术研究，为大型航站楼超长结构补偿收缩混凝土的推广应用提供了科学依据。

1工程概况

成都天府国际机场 T1、T2航站楼平面均采用"T"字型布局，分为 D区大厅及 A区，B区，C区3条指廊，其间由伸缩缝兼防震缝分开。本项目主要以 D区大厅为例，其中 D区大厅平面尺寸为522 mx107 m（最窄处）～324 m，属于典型的超长结构体系，如图1所示。

2跳仓法施工

本项目采用王铁梦提出的"跳仓法"的思路。通过将整体建筑结构进行分仓浇筑，如图2所示。不相邻的分仓可以同时开始施工，减少了浇筑时间，控制混凝土的收缩。相邻仓区的浇筑时间差至少控制在7天以上，分仓的大小设计在40 m范围内，避免混凝土早期收缩导致的裂缝风险。

3原材料

3.1水泥

水泥前期的水化放热是导致混凝土早期升温的最主要原因，通过选择合适的水泥品种，用于控制混凝土内部温度，以减小混凝土收缩。因此本项目选用水化热较低的 P·042.5普通硅酸盐水泥，其3天水化热不大于240 kJ/kg，7天水化热不大于270 kJ/kg，水泥中铝酸三钙（C3 A）含量小于8%，能有效控制水化放热。

3.2粉煤灰

粉煤灰可以减少混凝土中水泥用量，降低早期放热，并且提高混凝土工作性与耐久性。本项目选用的粉煤灰为风选 I粉煤灰，需水量比为95%，有效降低了混凝土的需水量，提高混凝土工作性能。

3.3膨胀剂

本项目采用镁质膨胀剂，镁质膨胀剂是一种新型膨胀剂，其主要成分为 Mg0。镁质膨胀剂的反应原理是：Mg0水化生成 Mg（0H）2晶体，并在局部区域内生长发育，使硬化浆体产生膨胀;其中膨胀来自 Mg（0H）2晶体吸水膨胀力和结晶生长压力;早期膨胀的主要驱动力主要来自于吸水膨胀力，后期则主要来自于结晶的生长压力，体积可增加0.94-1.24倍。

3.4外加剂

外加剂可以降低混凝土水灰比，减少水化放热量，提高混凝土密实性与耐久性。本项目针对补偿收缩混凝土性能指标以及结构设计要求，采用高性能专用外加剂。

3.5砂石

本项目主要采用优质机制砂石作为原材料。其中粗骨料選用5-31.5 mm碎石，碎石级配合理，压碎值小，硬度高，含泥量低。机制砂选用二区中砂，级配合理，含泥量低。

4补偿收缩混凝土

4.1配合比设计

混凝土配合比设计的原则是在保证抗压强度满足要求的条件下，尽量减小水泥用量与用水量2个方面，以减小混凝土的温度收缩与干燥收缩，提高耐久性，并根据现场施工条件、当地原材料性能、施工时外界环境条件，确定施工所需的混凝土工作性能，主要是混凝土的坍落度、扩展度等方面。同时根据设计单位对高耐久补偿收缩混凝土的要求说明，本次使用60天抗压强度作为验收依据。

根据现行技术规范JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》和施工图总说明对高耐久性补偿收缩混凝土的要求，根据拌合物性能和强度，通过调整胶凝体系、掺合料掺量、用水量、减水剂掺量的试配过程，并通过大体积混凝土热工计算，同时根据试验室试配情况，形成 C40混凝土初步配合比，如表1所示。

4.2抗压强度性能

图3为同条件养护下膨胀剂对未配筋与配筋混凝土抗压强度的影响。其中 M0为未掺膨胀剂的混凝土， M1为掺8%质量分数膨胀剂的混凝土。试验结果表明，在未配筋条件下，膨胀剂的掺入降低了混凝土7天与28天抗压强度，但是提高了60天抗压强度。在配筋条件下，混凝土抗压强度增强，但是膨胀剂的掺入时，混凝土不同龄期的抗压强度明显降低。虽然在配筋条件下，膨胀剂降低了混凝土的抗压强度，但其7天抗压强度达到52 MPa以上，28天抗压强度达到64 MPa以上，60天抗压强度达到69 MPa以上，符合混凝土设计标准。

4.3收缩试验

图4同条件膨胀剂对未配筋与配筋混凝土收缩性能的影响。试验结果表明在未配筋条件下，膨胀剂的掺入降低了混凝土的应变值。在配筋条件下，混凝土应变值小于未配筋混凝土应变值，同样膨胀剂的掺入明显降低了混凝土的应变值。这是由于在配筋情况下，混凝土收缩收到钢筋的限制。当掺入膨胀剂后，膨胀剂的膨胀抵消了混凝土的部分收缩，因此混凝土应变值降低。膨胀剂的掺入可以有效降低混凝土的收缩。

4.4缩尺试验

本实验按与实际工程1：2的缩尺比例在实体进行混凝土浇筑，并通过预埋振弦式应变计于试样内，测试混凝土的应变情况。图5为缩尺试验膨胀剂与配筋条件下混凝土收缩性能的变化。试验结果表明，普通混凝土的应变值是先减小后增大。当掺入膨胀剂时，虽然混凝土的应变值变化趋势与普通混凝土类似，但是其在不同龄期下，应变值大幅度降低。膨胀剂可以改善混凝土的收缩情况。掺膨胀剂混凝土在配筋条件下的应变值低于未配筋条件。因此得出结论，膨胀剂与配筋均可以改善混凝土的收缩情况。

5混凝土施工情况

5.1浇筑方法

混凝土浇筑过程中，底板与梁板混凝土的浇筑顺序采取分仓进行，相邻仓的浇筑间隔时间不应少于7天。混凝土的浇筑法包括分层布料、分层振捣、斜坡推进法施工，即混凝土大斜坡推进法施工，如图6所示。浇筑过程中，浇筑范围至少达到3 m以上，浇筑厚度为0.5 m，浇筑后需在浇筑部位的坡脚、中心以及表面设置3个振捣点以保证混凝土得到充分振捣;且每次振捣时间需要控制在10 s左右，如果表面存在泌水需要将泌水排除;在混凝土振捣完毕后，用方直刮杠根据设计控制高度对混凝土进行首次刮平，并且去除表面多余的浮浆;在首次振捣的2～3 h 后再次进行振捣，并且用刮杠再一次进行刮平;在混凝土接近终凝时，最后用抹光机对混凝土进行二次抹平。

5.2混凝土养护

养护是保证混凝土的质量的重要方法之一。本工程主要采用喷淋养护，并结合人工覆膜或洒水养护进行养护。混凝土早期养护尤为作用，本项目针对不同龄期、不同部位进行不同养护方式。在3天龄期内，1天至少养护12次，间隔时间建议为2 h;3天龄期后，可以1天养护4次，间隔时间建议为6 h，且至少养护14天。并且在3天龄期前，每夜应进行喷淋养护不少于2次。在针对有些结构部分无法使用喷淋养护，至少要采用人工覆膜和洒水养护2种方式的1种进行养护，洒水养护方式可参照喷淋养护。通过适当的养护保证了混凝土的质量，并且洒水或喷淋养护可以保证膨胀剂在早期得出充分的反应，减小混凝土的早期收缩。

5.3实体监测结果

通过前期缩尺试验已验证了膨胀剂与配筋能够限制混凝土的收缩。为进一步确保跳仓法施工过程中，补偿收缩混凝土的应变值符合设计要求。因此在施工过程中，本项目选取了 D区中一段梁，并事先在梁内部布置应变计，监测实体结构内部应力变化情况。

试验结果如图7所示，通过对实体结构应变值的检测，其受到的应力先增大后减小，最终达到恒值。通过峰值可以看出，实体结构所受到应力小于3 MPa，符合设计要求。通过实体检测再次验证了前期试验结果，证明了在天府机场超长结构中补偿收缩混凝土的可行性与技术控制。

6结论

（1）跳仓法分仓相互独立，不相邻的分仓可以同时施工;相邻仓位之间混凝土浇筑间隔不少于7天;分仓的长度及宽度控制在40 m 内。

（2）膨胀剂的掺入降低了混凝土的抗壓强度，但配筋条件下，混凝土抗压强度增强。膨胀剂的掺入弥补了混凝土的部分收缩，并且配筋也减小混凝土的收缩。

（3）实体结构应力监测结果表明，测点的应力值先增大后减小，最大值小于3 MPa。

参考文献

[1]杨勇，苏权.新白云机场南航站楼底板大体积混凝土裂缝控制[J].施工技术， 2003， 32（4）：2.

[2]赖航.超长超大面积混凝土底板裂缝控制研究与应用[D].重庆：重庆大学， 2015.

[3]夏建甫.建筑工程超长结构后浇带的施工技术[J].建材与装饰， 2018（25）：1.

[4]丰世春，谭云飞.地下室超长结构无缝施工技术[J].建筑施工， 2021， 43（5）：3.

[5]李昂.大体积混凝土基础底板跳仓法施工研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学.

[6]庞程程，付敏，王刚，等.大型国际航站楼超长，大体积混凝土结构的跳仓法施工技术[J].建筑施工， 2020， 42（7）：3.