大体积混凝土

 简介：金茂大厦的主楼基础位于-19.6m处，基础承台长、宽各为64m，厚4m，C50混凝土，总量为13500m3.本工程设计单位美国SOM设计事务所要求将承台分为8块浇筑，以减少温度应力和控制混凝土裂缝。  关键字：高层，现场施工

1、高强大体积混凝土施工技术金茂大厦的主楼基础位于-19.6m处，基础承台长、宽各为64m，厚4m，C50混凝土，总量为13500m3.本工程设计单位美国SOM设计事务所要求将承台分为8块浇筑，以减少温度应力和控制混凝土裂缝。但这样既拖长了施工工期，也不利于保证混凝土工程质量。上海建工（集团）总公司金茂大厦施工技术研究课题组组织了市建工材料三公司和市建一公司科技人员对这一分课题进行攻关。通过周密计算、配比小试、模拟中试直至实际工程施工所进行的大量研究、分析、比较，并认真落实各项技术组织措施，终于成功地实现了：46.5h完成13500m3、C50商品混凝土的连续浇灌任务。根据127个测温点的混凝土温度自动测试记录，搅拌站68组、现场157组混凝土强度测试报告以及工程中混凝土取芯试验报告表明该基础工程质量良好，施工全过程的组织管理是成功的。其主要技术措施如下。

1.1 科研先行、优化混凝土配合比首先优选原材料，其次通过3种不同外加剂、3种不同水泥及其不同用量的各种配合比组合，经过反复试验比较，取优化后的混凝土配合比为水∶水泥∶中砂∶5～40mm碎石∶Ⅱ级粉煤灰∶EA-2（缓）=0.45∶1∶1.49∶2.50∶0.167∶0.008（每m3混凝土水泥用量为420kg）。

1.2 混凝土的制备与均速、连续供应混凝土制备质量和匀速连续供应是保证大体积混凝土质量的关键，为此上海市建筑工程材料公司组织5个混凝土搅拌站拌制混凝土（其中1个备用），各搅拌站均采用德国产的ELBA-105型双阶式搅拌楼，其计量、搅拌等整个系统由微机全自动控制，工艺先进，搅拌效率高，计量精度优于国标要求，并具有自动补偿功能，确保混凝土质量的稳定、匀质。各搅拌站采用相同的金茂大厦专用原材料和同一配合比，且严格签署混凝土生产供应令制度、加强原材料检验，在关键工序、岗位建立技术复验制度，加强生产、施工全过程的动态控制，通过严密的组织体制和岗位职责，从而有力地保证混凝土质量。同时配备100辆6m3混凝土搅拌车以保证混凝土的匀速、连续供应。

1.3 外蓄内散综合养护措施厚度为4m的C50混凝土基础承台，如何减少温度应力和控制混凝土裂缝至关重要，除了优化混凝土配合比、降低混凝土水化热，混凝土输送管道全程覆盖洒冷水，以减少混凝土在泵送过程中吸收太阳的辐射热，最大限度地降低混凝土入模温度以及在承台表面增设钢筋网以控制表面收缩裂缝等措施外，还采用外蓄内散法的综合养护措施。

1.4 信息化自控技术为了掌握基础承台内部混凝土实际温度变化，了解冷却水的进、出水温，将温度传感器预先埋设在混凝土的内外各测点处，并用“大体积混凝土温度微机自动测试仪”对各测点定时进行即时测温。

金茂大厦高强大体积混凝土基础承台施工中，由于采取了上述一系列技术组织措施，不仅保证了质量、防止了裂缝的出现，而且缩短了施工周期。 2、超高层泵送商品混凝土技术金茂大厦主楼核心筒混凝土泵送高度达382.5m，如何将商品混凝土输送至如此高度又是一个关键的技术难题。如果采用塔吊吊运，显然无法满足施工需求；如果增设接力泵采用分级泵送，则必定增加施工步骤，多用施工机械，而且排污问题很难解决；故决定采用一次泵送工艺。课题组本着利用现有的生产工艺，通过对原材料资源的合理选择、复合型高性能外加剂的研制和配合比的优化设计及适宜调整以及泵送设备的选配等方面进行了反复试验研究，终于攻克了一次泵送至 382.5m的技术难题。

2.1 原材料的选择水泥选用质量稳定的宁国525号普通硅酸盐水泥；粗骨料选用压碎值、空隙率、针片状含量均较小的尖山石矿和新开元石矿的5～25mm碎石；细骨料选用九江或巴河的优质中砂；外加剂采用专门研制的FTH系列高性能外加剂。

2.2 混凝土配合比的优化和调整 （1）混凝土强度等级、数量及泵送高度 金茂大厦主楼从基础承台面开始以上部分混凝土总量为80715m3，其各工程部位的混凝土强度等级、数量及其泵送高度如表1所示。

（2）混凝土配合比 课题组对各强度等级的混凝土配合比进行了综合分析和研究后认为：C30混凝土泵送高度为333.7m问题不大，确定对C40、C50、C60 3个混凝土强度等级的不同泵送高度的商品混凝土配合比进行研究试验。通过调整水泥用量、外加剂品种及其掺量对3个强度等级的不同混凝土配合比的混凝土拌合物性能和混凝土强度的试验结果进行分析比较，从而确定各强度等级的混凝土配合比如表2所示。

（3）适时调整配合比 本工程施工过程中的混凝土配合比调整对实现一次泵送工艺至关重要。当时上海的气温处于高温季节，这对商品混凝土的运输、泵送带来较大困难。为了保证混凝土工程质量，对运送至现场的商品混凝土进行全面质量控制，不仅跟踪检测混凝土坍落度，而且经常检测混凝土的含气量和凝结时间，并将现场所测得的第一手资料及时反馈至混凝土搅拌站，以适时调整混凝土配合比，满足晴天、雨天、白天、夜晚的不同气温、不同道路交通状况的泵送商品混凝土对混凝土拌合物的可泵性要求。

2.3 泵送设备的配置超高层泵送混凝土能否顺利进行，除了混凝土拌合物必须具有良好的可泵性外，还与混凝土泵的选配、泵管的布置以及混凝土泵的操作人员技术水平等相关。金茂大厦主楼混凝土泵选用德国生产的普茨曼BSA-2100HD固定泵并配有备泵。其次，在泵管布置中，尽量增长水平硬管、减少弯管、锥形管；遇有90°弯管时，尽量采用大弯管，并以最大限度地降低泵送管道的总阻力。混凝土泵操作人员应严格遵守操作规程，防止空气吸入泵管而增大阻力，以防止混凝土拌合物离析和堵管。

2.4 严密的施工组织体系超高层泵送商品混凝土是一个系统工程。在混凝土拌制、运输及泵送的整个过程中，若有一个环节出现偏差，即会造成堵泵，这不仅影响进度而且影响混凝土工程质量，故从商品混凝土搅拌站到施工现场的全过程要全方位严格管理、严格执行规范、规程和各项特定的技术措施，保证混凝土拌合物质量均匀、运量适当。凡不符合要求的混凝土拌合物坚决不予入泵，混凝土泵操作人员必须有熟练的操作技能，只有这样才能顺利完成每一次泵送全过程。 由于采取了上述一系列有效措施，成功地将C40商品混凝土一次泵送到382.5m的高度，创造了世界之最3 混凝土拌合物性能及硬化后混凝土抗压强度金茂大厦基础承台混凝土和主楼混凝土拌合物性能如表3所示。从表3看出，商品混凝土拌合物经时坍落度损失能得到较好控制、满足施工需要；其次含气量控制在2%～3%时可泵性较好，而＜2%时则较差。

金茂大厦基础承台及主楼混凝土的抗压强度（施工现场制作试件的强度）按《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107-87）进行，评定结果如示。

5h连续浇筑完成C50大体积混凝土基础承台和一次泵送C40商品混凝土至382.5m高度的工程实践证明，上述一系列技术组织措施是有效的，它不仅使混凝土工程施工技术有所创新，有所发展；而且为加快金茂大厦工程建设、创造高强度等级大体积混凝土基础承台一次连续浇筑以及1个月施工13层的超高层建筑施工新速度提供了保证。

大体积混凝土结构裂缝控制措施 概述 美国混凝土学会的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，即最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。

日本建筑学会的标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm以上；水化热引起混凝土内的最高温度和外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。

我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1～3m范围内就属大体积混凝土。

大体积混凝土结构的截面尺寸较大，裂缝一般在混凝土浇注短期内形成，此时设计荷载尚未作用于结构上，因此由外荷载引起裂缝的可能性很小。但由于水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的温度应力，是相当复杂的。一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都较复杂，施工时应十分慎重，否则易出现质量事故，造成不必要的损失。组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题要逐个解决。本文着重介绍大体积混凝土的裂缝控制。 二、裂缝产生的原因 大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素如下： 1、水泥水化热的影响 水泥水化过程中放出大量的热量，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3～550 Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

2、混凝土收缩的影响 混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

3、外界气温湿度变化的影响 大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

4、其他因素的影响 建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。

混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。