高层建筑底板大体积混凝土施工技术

朱仁义/ZHU Renyi

(中铁十一局集团第四工程有限公司，湖北 武汉 430000)

城市建设的快速发展，为降低土地资源的占用，高层建筑的建设逐渐增加，该类建筑具有楼层高度高、地基需求高等特点，并且用于建筑上层支撑的底板基础尺寸越来越大，因此需采用大体积混凝土浇筑方式完成施工。大体积混凝土具有显著的结构厚实、混凝土浇筑方量大等特点，在施工过程中，会形成较大的水泥热化现象，导致结构产生温度变形，形成裂缝。以此，如何控制大体积混凝土施工过程中热化现象，避免施工后混凝土发生裂缝，是其施工过程中的重点关注问题。

本文为降低大体积混凝土施工过程中热化现象，控制施工时混凝土的温度，以某高层建筑为例，研究高层建筑底板大体积混凝土施工技术。

1 工程概况

为研究高层建筑底板大体积混凝土施工技术，以某地区的高层建筑为例，该建筑包含地上和地下两部分，分别为33 层和2 层，整体高度为171m，总建筑面积85 669.44m2，地板基础采用桩筏基础。该建筑基坑核心深度达到20.3m。底板混凝土的浇筑厚度设计标准为4m，其浇筑面积达到6 022m2，其主要采用一次性浇筑，浇筑的混凝土等级为C40，其抗渗等级为P10，浇筑总量达到30 445m3，属于典型的大体积混凝土施工。

该工程对于底板混凝土的整体性、抗渗性、抗裂性要求较高，同时基础埋深较深，并且底板位于地下的粉质黏土层中，底板在桩约束作用下，导致其地下连续墙的自由收缩能力降低，大体积超厚混凝土浇筑后，极易受到温差的影响发生开裂，对于结构的整体性和耐久性造成直接影响。因此，该工程在施工过程中，如何控制浇筑温度尤为重要。

2 混凝土原材料选择以及配合比设计

2.1 原材料

结合该工程的相关规定标准以及工程的实际情况，其使用的相关原材料详情如下。

1）水泥 该工程使用的水泥为普通硅酸盐水泥，其等级为42.5，水泥进入现场时，已经对其进行过质量检验，均满足工程标准。

2）粉煤灰 为降低大体积混凝土浇筑过程中产生的水热化反应，提升混凝土的泌水率，采用粉煤灰进行水泥用量替代，选择添加30%的粉煤灰，且等级为II 级，其烧失量小于8%。

3）粗骨料 采用的粗骨料为石灰石碎石，其级配范围在5～25mm 之间，其碎石含泥量为0.3%，泥块含量为0%，针片状含量为2.95%，压碎指标为9.5%。

4）细骨料 细骨料选择中砂，其细度模数为2.6，含泥量为1.8%，含石率低于8%，内照射指数和外照射指数均低于1%。

5）外加剂 外加剂选择微膨胀剂，以此控制混凝土的初凝和终凝之间。

2.2 配合比设计

采用上述原材料进行混凝土制备，在制备时需确定其配合比，结合实际工程情况，确保砂率并不大于0.45，同时需保证混凝土的坍落度和强度结果满足工程的设计标准。经过研究后确定大体积混凝土配合比为：水泥∶粗集料∶细集料∶粉煤灰∶外加剂∶水=325∶1145∶625∶115∶40∶170（kg/m3），水胶比0.4。

以GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的要求为基础，按照上述配合比进行拌合物制备，并测定其坍落度性能指标；同时依据该拌合物制备标准试件，进行标准养护，用于后续试验分析。

3 大体积混凝土施工及性能分析

3.1 施工设备

结合施工环境情况选择大体积混凝土施工设备，确定使用SY5128THB-9018C-6D 混凝土车载泵，A125 输送泵管和12m 布料机。

3.2 施工详情

在进行该工程的大体积混凝土浇筑施工时，共指定5 处浇筑位置，其中第一处放置4 台混凝土车载泵，同时进行混凝土浇筑，并且浇筑时采用分层浇筑的方式完成；并且在施工过程中4 台混凝土车载泵分别位于指定位置上进行混凝土浇筑；在电梯井处放置3 台混凝土车载泵、井坑内1 台，完成电梯井附近的混凝土浇筑，也向同一个方向推进。

大体积混凝土在浇筑过程中，为保证已经浇筑的混凝土面层在规定的初凝时间内，被分层新浇筑的混凝土覆盖，降低冷裂缝的产生，混凝土车载泵在进行混凝土浇筑时，需自然形成坡度；并且混凝土浇筑带的附近安装振动器，分别位于混凝土卸料点位置和坡角处。当混凝土浇筑至设计标高后，需进行收头处理，使用刮尺对表面的砂浆进行处理，并对其进行碾压、打磨和压实，以此避免表面产生龟裂。

大体积混凝土在浇筑过程中，浇筑体积较大，因此导致其散热效率较低，容易形成混凝土内部高温，导致混凝土浇筑后形成裂缝。因此，在施工过程中，在壁板混凝土内布设降温导热管，其布置情况如图1 所示。

图1 布设降温导热管布设情况

降温导热管在布设时，为实现混凝土的高效散热，降低水热化反应，管径为50mm，并且采用水平布置方式，其间隔为1m，共有2 个进水口和2 个出水口，以此，提升大体积混凝的散热效率。当大体积混凝土结构的内外温差在25℃内时，则停止导热管散热；并在混凝土结构和环境温度差小于25℃时，拆除模板并进行保温处理。

3.3 大体积混凝土温度计算

大体积混凝土在浇筑过程中，混凝土的温度是影响其施工效果的主要原因，因此，需有效掌握混凝土拌合物的温度T0情况，其计算公式为

其中，M表示混凝土重量；C表示混凝土比热；Ti表示混凝土组成材料温度。

如果混凝土浇筑温度用T1表示，其计算公式为

其中，Ta表示环境平均温度；a表示温度损失系数；t表示混凝土运输时间；T表示混凝土出机温度；n表示混凝土拌合物转运次数。

大体积混凝土浇筑过程中，会发生水泥水化热反应，因此，依据GB50496-2018《大体积混凝土施工标准》，计算混凝土的绝热温升结果T（t），其计算公式为

其中，混凝土龄期为t时，发生的绝热温升用T（t）表示；W表示单立方米混凝土中，胶凝材料的用量；ρ表示重力密度；m表示关联系数。

大体积混凝土中心温度计算公式为

其中，Tj表示混凝土浇筑时的温度；ξ（t）表示降温系数。

3.4 混凝土性能计算

混凝土抗拉强度为

其中，ftk（t）表示混凝土在t时的抗拉强度标准值；γ表示系数。

混凝土抗裂性能计算如下。

其中，ηz和ηs均表示拉应力，前者对应混凝土内部温差形成，后者对应综合温差形成；K表示防裂安全系数；λ表示抗拉强度影响系数。

3.5 结果分析

3.5.1 混凝土拌合物坍落度分析

测试混凝比拌合物在不同时间下的坍落度，依据测试结果可知：在不同的时间下，混凝土拌合物的坍落度结果和相关标准结果吻合程度较高，均在允许的数值范围内，其最大坍落度为200mm，最小坍落度为161mm，满足混凝土的性能标准。

3.5.2 大体积混凝土的强度分析

获取大体积混凝土浇筑完成后，在不同养护时间内，混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度变化结果，并将试验结果与设计标准结果进行对比（表1）。

表1 混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度变化结果

依据表3 测试结果可知：大体积混凝土浇筑施工后，在28d 时，混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度分别为38.7MPa 和4.66MPa，高于规定标准。因此，大体积混凝土浇筑效果较好，能够有效保证混凝土施工后的使用性能。

4 结论

为降低大体积混凝土施工过程中的水热化反应，避免混凝土发生裂缝，本文研究高层建筑底板大体积混凝土施工技术，该技术主要针对大体积混凝土施工过程中的温度进行控制，提升混凝土的散热效率，以此降低混凝土各区域和各层温差。通过该施工方式进行施工后，大体积混凝土的温度可被有效控制，以此保证大体积混凝土施工后的使用性能，避免发生开裂情况。