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1、大体积混凝土施工技术及其应用 研究生课程考核试卷科 目 现代施工技术 教 师姚刚教授 姓 名 徐士杰 学 号20121613163专 业 土木工程 类 别建筑与土木工程 上课时间2012年10月- 11月 考 生 成 绩卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语_ 阅卷教师 签名 _ 重庆大学研究生院制大体积混凝土施工技术及应用徐士杰重庆大学土木工程学院摘要近年来随着建筑行业的迅猛发展大体积混凝土得到了越来越广泛的应用如混凝土大坝高层建筑的地下室混凝土底板都是用大体积混凝土浇筑而成的目前由于大面积混凝土自身结构的特点外载荷引起裂缝的可能性较小水泥水化过程中释放的水化热造成了温度的变化和水泥土的收缩其
2、产生的应力是引起裂缝的主要原因根据本工程的实践经验我们可以得出结论大体积混凝土结构设计必须合理计算方法必须采用一般内力计算方法和有限元分析相结合施工前必须选择合适的施工工艺制定合理的施工方案裂缝控制是大体积混凝土施工质量的控制关键通过大量的工程实践调查发现大体积混凝土在施工期间出现的裂缝数量及危害程度都要远远大于结构使用期间出现的裂缝因此如何控制和防止大体积混凝土产生的裂缝是本文研究的重点特别在施工中混凝土浇筑后水泥的水化热量大且聚集在构件内部形成较大的内外温差容易造成混凝土表面产生收缩裂缝等因此在施工各个环节均要做好工作本文首先对大体积混凝土裂缝产生的原因进行分析并在此基础上提出大体积混凝土
3、施工技术措施关键词大体积混凝土裂缝有限元分析施工工艺技术措施Large volume concrete construction technology and applicationXu Shijie Faculty of Civil Engineering Chongqing University Abstract in recent years with the rapid development of the construction industry mass concrete have been applied more and more such as concrete dam h
4、igh-rise building is the basement of the concrete slabs with mass concrete casting and become At present due to the characteristics of the structure of large area concrete itself the load less likely to cause crack cement hydration processes of the release of the hydration heat caused the change of
5、the temperature and water contraction of the soil which produces stress is caused by the main cause of cracks We can include that mass concrete structure designing must be reasonable we must use the general method of calculating internal forces and finite element analysis as same when we calculating
6、 A suitable construction technology must be choose and a reasonable construction plan must be draw up before constructioncrack control for quality of mass concrete is the key of construction Through the survey for the practice of engineering we found that the number of mass concrete cracks and its d
7、amaged during on construction is far greater than the structure usage Period therefore how to control and prevent the mass concrete cracks is the focus of the study in this paper In particular the cement hydration heat in construction of concrete after pouring is large and gathered in components in-
8、housethe difference of temperature of inside and outside is greatly it is easily lead to shrinkage cracks in the concrete surface Thereforein all aspects of construction are need to do a good job Analysis of mass concrete crack firstly in this paper and proposed the construction technology of mass c
9、oncrete measures on this basisKey wordsmass concrete crack finite element analysisconstruction planconstruction technology1大体积混凝土在应用中存在的问题11大体积混凝土在施工实践中易发生的问题大体积混凝土基础的特点是混凝土浇筑面和浇筑量大当混凝土浇筑完毕由于水泥水化热影响使混凝土内部最高温度3-5天达到峰值此时若混凝土内部最高温度与外界气温之差超过25在升温阶段和降温阶段容易发生表面裂缝和收缩裂缝大体积混凝土的裂缝大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同分为贯穿裂缝深层裂缝及
10、表面裂缝三种贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝最终形成贯穿裂缝它切断了结构的断面可能破坏结构的整体性和稳定性其危害性是较严重的在工程实践中要绝对避免其发生而深层裂缝部分地切断了结构断面也有一定危害性但在工程实践中的危害要比贯穿裂缝小的多表面裂缝一般危害性较小大体积混凝土在施工阶段所产生的裂缝一般为温度裂缝一方面是混凝土的内部因素大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高当混凝土表面温度与气温相差过大时会产生温度收缩裂缝混凝土线膨胀系数约为每摄氏度000001温度每升高或降低10混凝土会产生001 的线膨胀或收缩以C30混凝土为例其净弹性模量约为30000MPA当混凝土的线收缩为00
11、1时混凝土的受拉应力将达3MPA大约相当于C30 混凝土28 天的抗拉强度另一方面是混凝土的外部因素如大气或环境温度的变化情况等结构的外部约束和混凝土各质点间的约束阻止混凝土收缩变形混凝土抗压强度较大但抗拉能力却很小所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时即会出现裂缝12大体积混凝土在工程实际中应注意的其它一些问题首先在大体积混凝土的浇筑和振捣过程中除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外还应考虑结构大小钢筋疏密预埋管道和地脚螺栓的留设混凝土供应情况以及水化热等因素的影响常采用全面分层分段分层斜面分层等方法进行浇筑其次在大体积混凝土的养护阶段应注意保持适宜的温度和湿
12、度以便控制混凝土内表温差促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展大体积混凝土的养护不仅要满足强度增长的需要还应通过伤工的温度控制防止因温度变形引起混凝土的开裂最后大体积混凝土拆模时混凝土的温差不超过20其温差应包括表面温度中心温度和外界气温之间的温差13 大体积混凝土在国内外的应用随着大体积混凝土施工技术难点的越来越多被解决越来越多的大型建筑物构筑物都应用了大体积混凝土无论是在水利水电方面还是在路基路桥方面无论是在民用建筑方面还是在地下工程建设方面都有广泛的应用举世瞩目的三峡水利工程汇聚世人目光的北京2008年奥运会主体育场鸟巢的主体工程上海的八万人体育场上海的金茂大厦大体积混凝土
13、地板青岛国际会展中心等等伟大的工程都很好的应用了大体积混凝土技术另外台北的101大厦破土动工的新世贸大厦等都是大体积混凝土应用技术的杰出代表作这些挺拔优美的建筑物是人类共同的财富也是人类共同的骄傲2大体积混凝土产生裂缝的主要原因21混凝土自身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22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
14、集中在浇筑后的57d左右一般每克水泥可以放出450J左右的热量如果以水泥用量300Kgm3500Kgm3来计算每m3混凝土将放出15000KJ23000KJ的热量从而使混凝土内部温度高达65左右甚至更高由于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23混凝土所用材料的影响水泥和水混凝土结构开裂主要是由于本身收缩受到约束而产生的拉应力超过其抗拉强度混凝土产生的收缩值及强度值因水泥种类水泥用量拌制不同而不同水泥的细度问题是需要我们特别关注的水泥的细度越细混凝土越容易开裂砂石骨料
15、混凝土骨料的含泥量越高越容易开裂这是由于骨料表面所带的泥份妨碍了骨料与水泥浆之间的咬合粘结弱化了界面结构因而降低了混凝土的抗拉强度外加剂和掺合料试验表明掺化学外加剂的混凝土干缩值较大使用一般化学外加剂比使用促凝性AE减水剂的干缩值低混凝土的初期干缩值在使用外加剂的情况下较大不掺外加剂比使用促凝性AE减水剂混凝土的干缩值低混凝土掺加膨胀剂时养护的要求更高在早期养护不好时膨胀混凝土更容易发生裂缝24其他因素的影响 1 结构设计因素在实际工程中可以通过理论计算来控制裂缝通常采用构造设计来对变形作用引起的裂缝加以控制结构计算时要先假定结构物的受力体系有关参数而常规的计算模型与很多结构物的实际工作状态与
16、有一定的差别使得内力计算的结果与实际结果相差很大这些未考虑到的可能内力一般会引起结构裂缝对于约束条件的影响结构在变形变化时会受到一定的抑制而阻碍其自由变形该抑制即称为约束结构内部各质点之间的约束称为内约束不同结构之间一的约束称为外约束大体积混凝土由于变形受到约束才产生应力在全约束条件下混凝土结构的变形应是混凝土线膨胀系数和温差的乘积即T 式中 温度收缩时的相对变形T温差线膨胀系数当大于混凝土的极限拉伸值p结构出现裂缝由于混凝土产生徐变变形结构不可能受到全约束而且所以温差在25甚至30情况下混凝土亦可能不开裂因此改善约束对于防止混凝士开裂的效果很明显 2 施工方面的因素违章施工不当施工造成混凝土
17、裂缝夏季施工时由于混凝土的经时坍损较大混凝土的和易性和流动性较差如果现场工人人为加水就会降低混凝土强度造成不同配比混凝土的干缩裂缝和凝缩裂缝主要由以下原因造成重视施工时预留孔洞预埋通风采暖水电管道未采取钢筋加强措施造成裂缝主要结构部位模板支撑不利或拆模过早造成混凝土内部受振或者混凝土内部在未达到设计强度时超负荷造成裂缝混凝土养护工作管理不严造成混凝土早期强度增长时失水收缩量大产生裂缝现场浇筑停歇时间超过混凝土终凝时间没有处理好接头部位等施工时混凝土振捣方式不当不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析表面浮浆而使混凝土面层开裂或混凝土产生均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝混凝土养护不当引起混凝土
18、开裂现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因混凝土浇筑后若表面不及时覆盖进行潮湿养护表面水分迅速蒸发很容易产生收缩裂缝特别是在风速相对湿度低大气温高的情况下干缩更容易发生环境气候的因素外界气温的变化情况在大体积混凝土结构施工期间对防止大体积混凝土开裂有重大影响混凝土的内部温度是各种温度的叠加而温度应力则是温差所引起的温度变形造成的与温差呈正比因此应采取合理的温度控制措施以防止大体积混凝土温度应力过大3大体积积混凝土产生裂缝的预防措施31混凝土各种原材料 1 骨料的选择在选择粗骨料时可根据施工条件尽量选用粒径较大级配良好的石子既可以减少用水量也可以相应减少水泥用量还可以减小混凝土的收缩和泌水
19、现象在选择细骨料时采用平均粒径较大的中粗砂从而降低混凝土的干缩减少水化热量对混凝土的裂缝控制有重要作用 2 水泥的选择大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥火山灰水泥并尽量降低混凝土中的水泥用量以降低混凝土的温升提高混凝土硬化后的体积稳定性为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失可适度增加活性细掺料替代水泥 3 掺加外加料和外加剂掺加适量粉煤灰可减少水泥用量从而达到降低水化热的目的但掺量不能大于掺加适量的减水剂它可有效地增加混凝土的流动性且能提高水泥水化率增强混凝土的强度从而可降低水化热同时可明显延
20、缓水化热释放速度32防止水泥水热化措施 1 精心设计配合比在保证混凝土具有良好工作性的情况下应尽可能地降低混凝土的单位用水量采用三低 低砂率低坍落度低水胶比 二掺 掺高效减水剂和高性能引气剂 一高 高粉煤灰掺量 的设计准则生产出高强高韧性中弹低热和高极拉值的抗裂混凝土 2 增配构造筋提高抗裂性能配筋应采用小直径小间距避免结构突变产生应力集中在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施33大体积混凝土施工质量控制措施 1 原材料环节的质量控制非常重要材料的选择作为整个建筑工程混凝土施工质量控制过程中的初始环节与紧随其后的混凝土施工质量控制过程中的各个环节紧密相连首先水泥的标号在选择水泥的时候一定要十分
21、注意其次就是粗骨料和细骨料中的颗粒含量的多少和级配最后就是一些外加剂和骨料的含水率等等需要格外注意 2 认真做好施工过程中技术层面的工作在施工过程中施工单位要具体问题具体分析要根据施工用的原材料的技术性能以及混凝土的特性指标来对混凝土的配合比进行适当的调整这种调整尤其是在施工所需材料的运输方法和运输距离的变化具体施工时施工设备的变化施工时所面临的施工环境施工工艺的变化显得尤为必要 3 严防施工过程中的混凝土结构物质量通病的产生混凝土结构质量通病大致可以分为以下几个方面麻面露筋表面不平整缝隙或者夹层 4 混凝土的养护工作非常重要首先要进行洒水养护一般的洒水养护要在施工完成后的十二至十八个小时内进
22、行以使其表面保持湿润的状态其次高温时节要在砼表面盖上旧麻袋之后再进行洒水处理最后要做好养护记录4大体积混凝土施工方案和养护技术研究41大体积混凝土施工方案大体积混凝土产生裂缝是由多种原因造成的其主要原因是温度应力引起的应变造成的要想避免大体积混凝土的质量问题也应进行综合治理com混凝土的设计构造要求 l 大体积混凝土基础的工程设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外宜符合下列要求混凝土设计强度等级宜在C25C40的范围内配置承受温度应力及控制温度裂缝开展的构造钢筋当大体积混凝土置于岩石类地基上时宜在混凝土垫层上设置滑动层设计中应尽可能减少大体积混凝土外部约束设计单位提出温度场和应变的相关测试要求
23、大块式基础及其他筏式箱体基础不宜设置永久变形缝及竖向施工缝大体积混凝土应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求设置水平施工缝的 2 大体积混凝土工程施工前应验算浇筑体的温度温度应力及收缩应力确定施工阶段升温峰值内外温差及降温速率的控制指标制定温控的技术措施一般情况下混凝土入模温度绝热温升值最大值不超过45内外温差不超过30降温速率为20d 3 大体积混凝土施工前应掌握近期气象情况 如高温寒潮等 在冬期施工时应制定相应措施 4 大体积混凝土模板宜采用钢模板木模板或钢木混合模板com配合比及其材料 l 经设计单位同意当大体积混凝土的强度等级为C20以上时可利用混凝60天的后期强度作为混凝土强度评定
24、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据 2 在保证设计所规定强度耐久性等要求和满足施工工艺特性的前提下应按照合理使用材料减少水泥用量和降低混凝土的绝热温升的原则进行大体积混凝土配合比选择 3 大体积混凝土配合比选择时应考虑应尽量减少水泥用量使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度得到有效控制以降低养护的费用 4 大体积混凝土配合比设计应符合下列规定混凝土强度等级的设计依据可利用混凝土60天或90天后期强度混凝土拌合物浇注时坍落度应低于160士20mm水泥用量宜控制在23045kgm3 强度等级在C25C40 拌合水用量不宜大于190kgm3矿物掺合料的掺量应根据工程的具体情况和耐久性要求确定粉煤灰掺量
25、不宜超过水泥用量的40矿渣粉的掺量不宜超过水泥用量的50两种掺合料的总量不宜大于混凝土中水泥重量的50水胶比不宜大于055砂率宜为3845拌合物泌水量宜小于10Lm3混凝土配合比应通过计算和试配确定对泵送混凝土还应进行泵送试验混凝土配合比设计方法应按现行的普通混凝土配合比设计技术规程执行混凝土的强度应符合国家现行的混凝土强度检验评定标准的有关规定 5 配制大体积混凝土所用水泥的选择及其质量应符合下列规定所用水泥应符合下列国家标准矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥当采用其他品种时其性能指标必须符合有关的国家标准要求应优先选用中低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐
26、水泥大体积混凝土施工所用水泥其7天的水化热不宜大于270kJkg当混凝土有抗渗指标要求时所用水泥的铝酸三钙 C3A 含量不应大于8所用水泥在搅拌站的入罐温度不应大于60 6 大体积混凝土所用骨料的选择除应符合现行国家标准的质量要求外应符合下列规定细骨料采用中砂其细度模数应大于23含泥量不大于3当含泥量超标时应在搅拌前进行水洗检测合格后方可使用粗骨料宜选用粒径5315mm级配良好含泥量不大于1非碱活性的粗骨料非泵送施工时粗骨料的粒径可适当增大 7 混凝土中掺用的外加剂及混合料应符合下列规定作为改善性能和降低混凝土硬化过程水泥水化热的矿物掺合料粉煤灰和高炉粒化矿渣粉其质量应符合现行的国家标准用于水
27、泥混凝土中的粉煤灰 GB1596用于水泥混凝土中的粒化高炉矿渣粉GBT18046的规定所用外加剂的质量及应用技术应符合现行国家标准混凝土外加剂GB8076混凝土外加剂应用技术规范GB50119和有关环境保护的规定外加剂的品种掺量应根据工程具体情况通过水泥适应性和实际效果实验确定必须考虑外加剂对硬化混凝土收缩等性能的影响慎用含有膨胀性能的外加剂对耐久性要求较高和寒冷地区的大体积混凝土宜采用引气剂或引气减水剂42混凝土的浇筑与养护com的浇筑 l 混凝土的浇筑方法可采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑 如图21所示数字为浇筑先后次序 不得随意留施工缝并符合下列规定混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用
28、深度及混凝土的和易性确定当采用泵送混凝土时混凝土的摊铺厚度不宜大于600mm当采用非泵送混凝土时混凝土的摊铺厚度不宜大于400mm分层连续浇筑或推移式连续浇筑其层间的间隔时间应尽量缩短必须在前层混凝土初凝之前将其次层混凝土浇筑完毕层间最长的时间间隔应不大于混凝土的初凝时间混凝土的初凝时间应通过试验确定当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间时层面应按施工缝处理 a一分层连续浇注 b一推移式连续浇筑图41 混凝土浇注工艺对于工程量较大浇筑面积也大一次连续浇筑层厚度不大 一般不超过3m 且浇筑能力不足时的混凝土工程宜采用推移式连续浇筑法 2 大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时水平施工缝的处理应符合下列
29、规定清除浇筑表面的浮浆软弱混凝土层及松动的石子并均匀的露出粗骨料在上层混凝土浇筑前应用压力水冲洗混凝土表面的污物充分湿润但不得有积水对非泵送及低流动度混凝土在浇筑上层混凝土时应采取接浆措施 3 混凝土的拌制运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求并应符合下列规定当炎热季节浇筑大体积混凝土时混凝土搅拌场站宜对砂石骨料采取遮阳降温措施当采用自备搅拌站时搅拌站应尽量靠近混凝土浇筑地点以缩短水平运输距离当采用泵送混凝土施工时混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求 4 在混凝土浇筑过程中应及时清除混凝土表面的泌水在大体积混凝土浇筑过程中由
30、于混凝土表面泌水现象普遍存在为保证混凝土的浇筑质量要及时清除混凝土表面泌水因为泵送混凝土的水灰比一般比较大泌水现象也比较严重不及时清除将会降低结构的混凝土质量com的养护 l 在每次混凝土浇筑完毕后应及时按温控技术措施的要求进行保温养护并应符合下列规定保温养护措施应使混凝上浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求保温养护的持续时间应根据温度应力 包括混凝土收缩产生的应力 加以控制确定但不得少于15天保温覆盖层的拆除应分层逐步进行保温养护过程中应保持混凝土表面的湿润 2 混凝土浇筑后46小时内可能在表面上出现塑性裂缝可采取二次压光或二次浇灌层处理 3 塑料薄膜草袋锯末等可作为保温材料覆盖混
31、凝土和模板在寒冷季节可搭设挡风保温棚覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算 4 在大体积混凝土施工时可因地制宜地采用保温性能好而又便宜的材料用作大体积混凝土的保温养护中com混凝土浇筑的其它规定 l 在大体积混凝土保温养护过程中应对混凝土浇筑块体的内外温差和降温速度进行监测根据现场实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据调整保温养护措施以满足温控指标的一要求 2 在大体积混凝土养护过程中不得采用强制不均匀的降温措施 3 大体积混凝土施工时主要采用钢模和木模当采用钢模时根据保温养护的需要钢模外也应采取保温措施当采用木模时可把木模作为保温材料考虑无论钢模木模在模板拆除后都应根据大体积混凝土浇筑
32、块体内部实际的温度场情况按温控指标的要求采取必要的保温措施 4 对标高位于土0000以下的部位应及时回填土士0000以上部位应及时加以覆盖不宜长期暴露在风吹日晒的环境中5大体积混凝土施工实例51概况com况青岛国际会展中心是对原会展中心功能的扩展包括会议和展览中心两部分面积67743m2其中展厅部分平面尺寸为94m 16305m地下1层地上2层建筑总高328m展厅部分1层为大跨度预应力混凝土结构2层屋面为大跨度钢结构如图1所示展厅1层 轴结构相对标高1413m 梁板的轴线尺寸为144m60m柱网尺寸为24m30m在轴和轴附近设置后浇带将整个平面分成60m56m60m56m60m32m 3个区域
33、如图2所示该部分梁板纵横向框架主梁截面尺寸分别为12mcom28m采用有粘结预应力属于大体积预应力混凝土结构纵横向框架次梁截面尺寸为04m14m采用无粘结预应力梁板混凝土强度等级C40com点1 大体积混凝土施工技术的应用是本工程的带一个难点在大体积混凝土的浇筑和振捣过程中除应满足每一处混凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外还应考虑结构大小钢筋疏密预埋管道和地脚螺栓的留设混凝土供应情况2 降低水化热控制内外温差保证大体积预应力混凝土结构的施工质量 3 施工中混凝土浇筑后水泥的水化热量大且聚集在构件内部形成较大的内外温差容易造成混凝土表面产生收缩裂缝如何合理的控制大体积混凝土的施工裂
34、缝也是本工程的一个难点com择通过掺加粉煤灰聚丙烯纤维等措施配制低水化热较高早期强度抗裂的大体积预应力高性能混凝土既能降低大体积混凝土的水化热防止结构开裂又能较早地实施预应力张拉较预埋循环水管的方法施工方便造价低由于大体积混凝土内部温度高其实体强度增长快于同条件试块选择导热系数较低的竹胶板作面板既能减小内外温差又有利于混凝土早期强度的增长研究并采用大体积混凝土实体强度的检测方法可提前实施张拉加快工程进度研究并采用提前封闭预应力混凝土结构后浇带的方案可较早拆除模板支撑体系并穿插其他工序施工com研究及实施过程在试验室配制预应力结构高性能混凝土并结合现场同断面试件进行混凝土温升收缩不同部位实体结构
35、强度随时间变化粉煤灰掺量对混凝土早期强度影响的试验研究模拟实体试件温升进行变温养护试验并与现场试件的数据对比分析确定大体积混凝土实体强度检测方法进行混凝土耐久性试验研究大掺量粉煤灰对预应力结构的影响展厅混凝土结构施工模拟实际工况验算并分析后浇带混凝土的应力变化确定预应力混凝土结构后浇带的合理浇筑时间展厅后浇带混凝土施工大掺量粉煤灰可以降低混凝土温升推迟最大温度峰值出现的时间对大体积混凝土结构抗裂极为有利另外粉煤灰还可以改善混凝土的流动性减少流动性经时损失提高混凝土的密实度混凝土的强度抗渗性抗冻性也随之提高试验研究和工程实践均证明普通混凝土中掺加水泥用量40左右的粉煤灰其60d或90d的强度亦能
36、满足要求但粉煤灰掺量过高使混凝土的早期强度过低将推迟预应力结构的张拉时间影响工期并且对混凝土结构的耐久性是否有影响也有一定的争议在对3种不同水泥和粉煤灰用量的混凝土进行试验研究后选择了早期强度较高的B组作为大体积预应力混凝土的初步配合比试验结果如表1所示按照该配比在现场制作了2个足尺寸的试件以测试其水化热和实体强度的增长情况经实测中心最高温度为5456环境温度10梁侧和梁底采用12mm厚竹胶板顶部采用简单的保温养护就可以满足大体积混凝土内外温差25的要求取芯及同温养护证明梁中心部位3d表面7d即达到设计强度大掺量粉煤灰混凝土的碳化试验结果和孙伟教授等人的试验结果如表2所示结果表明本试验大掺量粉
37、煤灰混凝土的早期碳化略快但是后期碳化速度较慢28d的碳化深度仅比孙伟教授等人的结果增加08mm 相对增加了94 使用RCM法测定的大掺量粉煤灰混凝土28d的氯离子扩散系数很小为293410-12m2s因此只要混凝土的保护层厚度符合耐久性规程的要求混凝土即使在比较严酷的环境中工作其耐久性也是十分优良的对不同纤维掺量的混凝土进行了抗压强度劈拉强度弯拉强度弯曲韧性断裂能的试验研究表明纤维掺量为0709kgm3时其抗裂性能最佳本工程所配制的大体积预应力高性能混凝土配合比为P0425级水泥砂石子水1I级粉煤灰泵送剂聚丙烯纤维 33564710561801359408该混凝土的特点是水化热低早期强度较高抗
38、裂性能好其抗氯离子渗透能力强且抗碳化能力也能满足要求53预应力混凝土结构施工com序与后浇带浇筑时间确定展厅大跨度预应力结构沿纵向划分为5部分如图3所示其中I区的张拉端设在后浇带处可单独进行预应力张拉区的预应力筋跨过后浇带固定在区和区需待后浇带浇筑并达到80设计强度后方可张拉混凝土浇筑顺序为当混凝土达到设计强度的80时张拉预应力筋设计张拉顺序为张拉I区一张拉区一浇筑后浇带V区一张拉区按设计要求后浇带混凝土应在两侧混凝土浇筑60d后方可浇筑如此区的预应力筋张拉将延迟对工期影响较大为了提前浇筑后浇带对预应力混凝土的收缩和后浇带处的应力变化进行了分析计算混凝土收缩造成的预应力损失仅占预应力值的6因此
39、预压变形可抵消混凝土的大部分收缩一些工程的实践和试验结果也表明施加预应力后 相当于两侧混凝土浇筑20d左右 浇筑后浇带内混凝土后浇带未出现开裂其中钢筋的应力也无明显变化考虑到主体混凝土的收缩会对后浇带产生拉应力需要对后浇带部分进行抗裂验算以保证区张拉预应力前后浇带混凝土不发生开裂抗裂验算的核心是计算后浇带部分的受力状况验算其拉应力是否大于其抗拉强度首先计算出两侧混凝土的收缩应变值 或收缩量 进而推导出后浇带混凝土应力公式1假设在区混凝土浇筑28d区浇筑20d后开始浇筑后浇带后浇带混凝土拉应力与抗拉强度对比如图4所示模拟实际工况对主次梁板进行的有限元分析与上述结果基本一致如表3所示 E t 1式
40、中 23分别为后浇带两侧混凝土考虑内力平衡后的实际收缩量L后浇带的宽度E t 后浇带混凝土的弹性模量上述分析证明预应力张拉后即两侧混凝土浇筑20d左右封闭后浇带混凝土其收缩应力小于混凝土的抗拉强度因此本工程采用了在区张拉结束后浇筑后浇带混凝土的方案该方案不仅保证了超长预应力混凝土结构的安全而且提前1个月拆除了区的模板支撑com混凝土实体强度的检测大体积混凝土内部温度高其强度发展快于同条件及标准养护试块因此试块的强度不能准确反映大体积混凝土的实体强度为了按实体强度确定张拉及拆模时间需要找出大体积混凝土强度的增长规律为此展厅结构施工前在现场制作了2个足尺试件对试件进行了测温取芯回弹并按照测温曲线在
41、试验室进行了模拟同温养护试块的试验为了对比模板保温性能对混凝土强度的影响一些部位在12mm厚竹胶板外侧设置了聚苯板修正后的测温曲线如图5所示芯样与标准和自然养护试块强度对比如表4所示不同深度芯样强度对比如表5所示对试验梁还进行了回弹取值但回弹数据的离散性较大而且回弹强度仅为芯样强度的85左右以上数据表明 保温有利于混凝土强度的发挥大体积混凝土由表及里强度发展越来越快其早期强度均高于试块的强度模板内侧的混凝土14d即可达到设计强度同温模拟养护的试验数据也与上述分析结果相同如表6所示由此确定了大体积混凝土实体强度估算表 见表7 由于施工时正值高温季节混凝土的人模温度也较高大体积混凝土中心温度超过了
42、70模板内侧混凝土和表面混凝土的最高温度也都超过了55混凝土内外温差均不超过20如图6所示根据试验研究结果可以推测该大体积混凝土3d的实体强度即可达到标准养护试块的28d强度为了准确测定大体积混凝土实体强度展厅混凝土结构施工时在现场又同时浇筑了1根14m28m30m试验梁依据该试验梁的取芯值实体结构的回弹值实体结构测温值并结合上述试验结果确定了实体结构强度数值如表8所示检测表明展厅大体积混凝土实体的14d强度就超过了标养试块的28d强度此后强度增长速度较慢回弹强度实测值偏低仅为芯样强度的81左右利用回弹值推测实体强度时为了确保工程质量建议取回弹强度芯样强度 085即大体积混凝土的实体强度按式
43、2 推算 cu 118 cue 2 式中 cu为大体积混凝土实体推测强度 MPa cue 为按回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJT232001计算的回弹强度推定值 MPa com选择及支撑体系选择保温性能好的模板既能保证大体积混凝土的内外温差25又能充分利用混凝土内部的温度提高其早期强度经测试该工程所选的12mm厚双面覆膜竹胶板的导热系数仅为0063W mk 较聚苯板003 w mK 高远低于钢模板的58W mK 现场试验梁测温表明12mm厚竹胶板内部温度较聚苯板保温模板低72但完全能满足大体积混凝土内外温差的要求因此本工程选择了12mm厚竹胶板作为面板展厅结构模板为高大模板支撑体系其大梁
44、线荷载为131564kNm模板支撑的高度近14m大梁下有15m厚回填土层支撑体系选择了传力明确的带可调顶托的48X 35mm扣件式钢管脚手架为了操作方便纵向采用双立杆间距为550mm严格控制顶托下自由段的高度300mm展厅结构模板支撑如图7所示经计算每根立杆的荷载为982kNL0 h2a 1603 X 2 22m L0i 22103158 1324 0349NA 982 X 103 com 102 5754Nmm2 f 205Nmm2支撑体系地基承载力按下式验算NAd 9465 0280375 9014kNm2 kk 04 X110 44kNm3不能满足要求必须进行地基处理对回填较深的地下室和
45、地下管廊部分采用石粉掺6的水泥用水搅拌均匀后进行分层回填对开挖深度较浅的地梁部位采用风化砂进行分层夯填整体回填完成以后用大型碾压机械碾压平整使回填土的压实系数达到96以上对主梁部分模板支撑的地基在支撑体系搭设前按照展厅地面的做法将220mm厚的碎石垫层施工完成com预应力混凝土施工 1 施工顺序各区施工顺序如下梁板模板梁板钢筋预应力钢筋梁板混凝土预应力筋张拉支撑体系拆除 2 混凝土浇筑浇筑端部工区段混凝土时现场配备5台混凝土输送泵 1台备用 4台泵分别从各自负责区段的一侧开始往复浇筑区浇筑时现场配3台泵 1台备用 2台泵从中间大梁开始背向而行往复浇筑 见图3 根据浇筑顺序和浇筑数量确定的混凝土
46、初凝时间应10h为避免大体积混凝土的沉缩裂缝和保证支撑系统的稳定性主梁分2层浇筑第1层浇筑23h后浇筑第2层每层混凝土的浇筑均采用分层赶浆法梁混凝土浇筑至板底标高后再与板同时浇筑到设计顶标高 3 混凝土测温养护为有效地控制大体积混凝土的内外温差该工程采用了电子测温仪对主梁混凝土的温度实施监测平面上在梁端部及中部设2处测温点竖向在梁中梁顶面向下梁底向上50mm梁侧向内50mm设竖向测温点每处电子测温仪的埋设如图8所示梁侧面底面采用12mm厚高强覆膜竹胶板模板带模养护顶面采取覆盖薄膜并满铺2层草袋保湿保温养护为保证梁侧面的养护质量在大梁浇筑混凝土前预埋短管于大梁侧模板的内侧待梁表面温度接近大气温度 约56d 时进行注水养护如图9所示板面采取覆盖草袋浇水养护的措施养护时间14d展厅1层顶混凝土浇筑正值高温季节平均气温图9预应力主梁侧面养护示意为32实测梁中心最高温度73表面最高温度63模板内侧温度52按照上述模板方案和保温养护措施有效控制了中心和表面表面和环境的温差均25 见图6 54结语1通过在青岛国际会展中心工程上研究并应用以预应力高性能混凝土大体积混凝土实体强度检测以及预应力混凝土结构后浇带封闭时间为核心的大体积预应力混凝土结构综合施工技术