大体积混凝土基础底板施工研究

钟 苑

(广东嘉华建设工程有限公司,广东 梅州 514000)

0 引 言

当前,高层建筑在我国建筑行业中占有重要比例,人们对于高层建筑施工质量的要求也越来越高。对于高层建筑而言,基础底板是影响建筑施工安全性与施工质量的核心因素。通过大量案例分析发现,大体积混凝土基础底板施工技术完成基础底板浇筑工作。根据相关施工技术要求,此次研究中将混凝土浇筑后水化热产量大的混凝土结构定义为大体积混凝土,此部分混凝土结构需要进行优化与完善后,才能进行后续的施工环节[1,2]。大体积混凝土大部分施工成本较高,因此受到了社会各界的关注。由于施工环境的特殊性,大体积混凝土极易出现质量问题,影响施工结果的力性能。特别在城市化高速发展的今天,混凝土基础底板的施工过程中需要在原料中添加大量的掺和料,此种配比方案引起胶凝材料水化,形成热源,造成混凝土产生裂缝。

针对上述问题,我国部分专家进行了深度研究。此次研究将在大量专家学者研究结果的基础上,综合分析相关案例的经验教训,全方位探究大体积混凝土基础底板温度控制以及抗裂问题[3,4]。针对混凝土水化热问题,提出大体积混凝土基础底板施工技术,细化各个施工环节。希望此次研究中提出的基础底板施工技术可以为高层建筑建设工程提供参考意见,以进一步提升基础底板的施工质量,保证高层建筑的施工安全性。

1 施工工程概况

1.1 施工背景

此次研究选择某位于城市中心的广场工程作为研究背景,此广场总建筑面积为30 9541m2,地下面积为50 041m2。此建筑由50层塔楼(300.15m)、5层裙房(21.25m)以及3层地下室组成。塔楼采用钢框架-核心结构,裙房采用框架结构。此建筑建成后将成为城市中心标志建筑物,是一座集多种功能为一体的综合性建筑。在建筑设计时,将建筑基坑长度设定为145.2m,宽度设定为110.5m。基础底板施工总面积为10 400m2,基础形式采用内支撑结构,基础底板厚度为3.50m,坑深22.0m。基础底板混凝土用量约为25 000m3。

1.2 施工技术要求

根据当前施工工程设计参数,以及大体积混凝土基础底板施工特点[5,6],提出此工程项目施工技术要求:

(1) 考虑到混凝土施工质量以及水化要求,混凝土总用量不得少于300kg,混凝土原材料中水泥用量为混凝土总用量的2/3;

(2) 混凝土基础底板强度设定为C40,抗渗等级设定为1.5MPa,水胶比小于0.5,抗压强度大于50MPa;

(3) 在进行混凝土浇筑时,初始温度与浇筑后温度的温差要低于40 ℃,混凝土表里温度差不得大于20 ℃,混凝土浇筑降温速度不得大于2.5 ℃/d,混凝土浇筑体表面与大气温度差不得大于25 ℃。

根据上述提出的施工技术要求,选择施工原材料,制定施工用混凝土配合比(双掺)方案,设定施工环节完成大体积混凝土基础底板施工过程。

2 大体积混凝土基础底板施工过程

2.1 原材料选用

在混凝土施工过程中,水泥对混凝土建筑物理力学性能具有十分关键的影响。[7]在进行大体积混凝土施工时,基础混凝土的水化热相对较高,对于基础底板的耐热性影响较大,极易出现裂缝。因此,需要在基础混凝土中按照合适的比例添加一定的掺和物,在一定程度上提升混凝土的性能,降低混凝土水化热。对大量的混凝土配比方案进行分析,在此次研究中选择二级粉煤灰、矿渣等材料对混凝土的配比方案进行优化,以此降低混凝土水化热。具体施工用混凝土配比(双掺)方案设定见表1。

表1 施工用混凝土配比(双掺)

如表1所示,此次研究中共提出三种施工用混凝土配比(双掺)方案,并在此三种方案中选取最佳原材料配比方案。根据以往研究结果,将坍落度、扩展度以及抗压强度[8]作为配比方案的性能参数,通过对比上述性能参数,确定最佳混凝土配比,具体性能参数计算结果见表2。

表2 混凝土配合比性能参数

除表2性能参数外,在配比设计方案中,尽可能降低施工结构的水化热,以避免出现混凝土升温导致的混凝土开裂问题。对比表2中内容可以发现,HNT-02与HNT-03不具备经济效益且HNT-02与HNT-01方案的性能参数较为接近,因此在此次研究中选取HNT-01作为原材料配合比。

2.2 基础底板施工工艺优化

此次研究中不对常规施工方案内容进行优化,仅对施工中的难点问题进行处理。具体基础底板施工工艺如下所示。

2.2.1 混凝土搅拌

当前的混凝土搅拌工艺,使水分与原料外部直接结合,降低了原料硬化后混凝土的粘合度,降低了基础底板的力学功能。因此,在此次研究中提供优化混凝土搅拌工艺的方式,提升混凝土的拉伸度,降低混凝土的收缩力,提升施工质量,避免基础底板出现裂缝。

在进行混凝土搅拌时,运行新型搅拌技术,避免水分集中与原料接触,缩短混凝土硬化时间,提升混凝土结构的紧密程度以及原料之间联系性,为基础底板施工提供优质混凝土基础。

2.2.2 混凝土浇筑施工管理

由于施工工程项目相对过大,采用一次性浇筑技术会在施工完成后产生较大的温差变化,进一步加速基础底板裂缝的产生速度。因此,在此次研究中采用分层分段式浇筑技术完成基础底板的浇筑工作。

在混凝土进入施工环节后,施工人员必须在第一时间参与到混凝土的浇筑工作中。按照相应的施工技术规范,控制浇筑工作中的全部环节。为保证混凝土浇筑效果,应注重下述几个问题:

(1) 在混凝土浇筑过程中,施工单位必须保证施工作业的合理性,科学安排施工顺序;

(2) 施工前应确定施工所需材料、车辆以及管道铺设情况;

(3) 按照预设浇筑顺序完成浇筑过程,如施工时环境温度超过30 ℃,停止施工,避免由于大气温度导致施工质量下降的问题出现。

2.2.3 混凝土二次振捣

在混凝土的浇筑过程中,施工环境的坡度对于基础底板浇筑的平整度以及抗压强度造成影响。[9]因此,为保证施工质量符合技术要求,此次研究将选择两台振捣器同时工作,避免出现堆积。与此同时,保证料泵运行的稳定性,以提高浇筑送料速度。在施工时科学地控制振捣时间,确保混凝土密度以及实度。由于大体积混凝土基础底板铺摊较长,在浇筑的过程中同时振捣,振捣顺序设定从坡脚到坡中部,振捣棒插入浇筑成品70mm,并灌入10mm混凝土,保证每层混凝土中不会出现施工缝。在对大量的施工案例进行分析后,将振捣时间严格控制在30秒左右。

2.2.4 基础底板施工后养护

基础底板浇筑完成后,应对其进行及时的养护。此次施工项目选择保温法与保湿法[10]相融合的养护方式,在基础底板表面覆盖塑料薄膜,并在此薄膜上方覆盖保护材料对基础底板进行保温保湿养护。在浇筑施工完成24h内,对其进行温度、湿度检测。同时,设定防护栏,以避免踩踏。当混凝土表面温度与施工环境温度差控制在15 ℃左右时,拆除保温保湿材料,自然风干。养护工作中的测定操作每隔4h进行一次,当混凝土表面温度与施工环境温度差达到预设要求时,结束测温工作。

3 应用案例分析

3.1 测试区域划定

选取广场工程某小区域作为本文技术的操作范围,为便于施工操作且不对广场施工效果造成影响,施工操作范围划定为20m×10m大小。与此同时,将其区域划分为5个测试区,测试区划分结果如图1所示。

图1 施工测试区域划分

应用本文技术,完成此区域施工过程。并在每个测试区域安装温度传感器以及抗压强度测试仪,对施工后基础底板进行测温与抗压强度测量,通过基础底板温度变化以及混凝土基础底板力学性能,判定本文提出的施工技术是否可以有效控制基础底板裂缝问题,以确定文中技术的应用效果。

3.2 混凝土基础底板温度变化分析

在此次测试中,将测温周期设定为20d。每隔2d使用温度传感器获取测试区域的温度数值,统计测试区域温度变化曲线,具体内容见表3。

表3 测试区域混凝土温度变化统计结果

对表3中数据进行分析可以得出,本文施工技术使用后,在测温周期中各个测试区域温度变化较为一致,升温与降温过程较为平缓。此测试结果表明,本文施工技术在一定程度上可以控制混凝土水化热,避免基础底板施工后出现温度激增或激降的情况,以进一步避免温度型裂缝出现问题。

3.3 混凝土基础底板力学性能分析

在混凝土基础底板温度变化测试分析过程中,每隔5d对测试区域的抗压强度进行测定,以此确定施工后基础底板的力学性能。

对表4中数据进行分析可得出,应用本文施工技术后各测试区域抗压强度稳步增加。当测试周期完成后,抗压强度大于50MPa,满足预设施工技术要求。与此同时,根据表4中数据可以确定本文施工技术在应用可有效提升基础底板的抗压能力,避免出现由于压力过大造成的底板裂缝,进一步提升基础底板施工质量。将此环节测试结果与测试区域混凝土温度变化统计结果进行融合分析可以确定,本文施工技术可针对当前基础底板施工过程中出现的问题进行完善与优化,提升基础底板施工效果,保证高层建筑底端稳定性。

表4 测试区域混凝土抗压强度统计结果

4 结束语

针对当前大体积混凝土基础底板施工过程中水化热控制能力较差,造成混凝土温度变化波动,形成大量温度化裂缝的问题展开此次研究,并提出了部分具有针对性的解决方案。在日后的高层浇筑施工项目中,应用新型施工技术,可确保施工技术的安全性与完整性,严格控制施工全过程,保证施工质量符合相关规范,进一步实现大体积混凝土施工技术的发展。