高層建筑底板大體積混凝土施工技術

朱仁義/ZHU Renyi

(中鐵十一局集團第四工程有限公司，湖北 武漢 430000)

城市建設的快速發展，為降低土地資源的占用，高層建筑的建設逐漸增加，該類建筑具有樓層高度高、地基需求高等特點，并且用于建筑上層支撐的底板基礎尺寸越來越大，因此需采用大體積混凝土澆筑方式完成施工。大體積混凝土具有顯著的結構厚實、混凝土澆筑方量大等特點，在施工過程中，會形成較大的水泥熱化現象，導致結構產生溫度變形，形成裂縫。以此，如何控制大體積混凝土施工過程中熱化現象，避免施工后混凝土發生裂縫，是其施工過程中的重點關注問題。

本文為降低大體積混凝土施工過程中熱化現象，控制施工時混凝土的溫度，以某高層建筑為例，研究高層建筑底板大體積混凝土施工技術。

1 工程概況

為研究高層建筑底板大體積混凝土施工技術，以某地區的高層建筑為例，該建筑包含地上和地下兩部分，分別為33 層和2 層，整體高度為171m，總建筑面積85 669.44m2，地板基礎采用樁筏基礎。該建筑基坑核心深度達到20.3m。底板混凝土的澆筑厚度設計標準為4m，其澆筑面積達到6 022m2，其主要采用一次性澆筑，澆筑的混凝土等級為C40，其抗滲等級為P10，澆筑總量達到30 445m3，屬于典型的大體積混凝土施工。

該工程對于底板混凝土的整體性、抗滲性、抗裂性要求較高，同時基礎埋深較深，并且底板位于地下的粉質黏土層中，底板在樁約束作用下，導致其地下連續墻的自由收縮能力降低，大體積超厚混凝土澆筑后，極易受到溫差的影響發生開裂，對于結構的整體性和耐久性造成直接影響。因此，該工程在施工過程中，如何控制澆筑溫度尤為重要。

2 混凝土原材料選擇以及配合比設計

2.1 原材料

結合該工程的相關規定標準以及工程的實際情況，其使用的相關原材料詳情如下。

1）水泥 該工程使用的水泥為普通硅酸鹽水泥，其等級為42.5，水泥進入現場時，已經對其進行過質量檢驗，均滿足工程標準。

2）粉煤灰 為降低大體積混凝土澆筑過程中產生的水熱化反應，提升混凝土的泌水率，采用粉煤灰進行水泥用量替代，選擇添加30%的粉煤灰，且等級為II 級，其燒失量小于8%。

3）粗骨料 采用的粗骨料為石灰石碎石，其級配范圍在5～25mm 之間，其碎石含泥量為0.3%，泥塊含量為0%，針片狀含量為2.95%，壓碎指標為9.5%。

4）細骨料 細骨料選擇中砂，其細度模數為2.6，含泥量為1.8%，含石率低于8%，內照射指數和外照射指數均低于1%。

5）外加劑 外加劑選擇微膨脹劑，以此控制混凝土的初凝和終凝之間。

2.2 配合比設計

采用上述原材料進行混凝土制備，在制備時需確定其配合比，結合實際工程情況，確保砂率并不大于0.45，同時需保證混凝土的坍落度和強度結果滿足工程的設計標準。經過研究后確定大體積混凝土配合比為：水泥∶粗集料∶細集料∶粉煤灰∶外加劑∶水=325∶1145∶625∶115∶40∶170（kg/m3），水膠比0.4。

以GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》的要求為基礎，按照上述配合比進行拌合物制備，并測定其坍落度性能指標；同時依據該拌合物制備標準試件，進行標準養護，用于后續試驗分析。

3 大體積混凝土施工及性能分析

3.1 施工設備

結合施工環境情況選擇大體積混凝土施工設備，確定使用SY5128THB-9018C-6D 混凝土車載泵，A125 輸送泵管和12m 布料機。

3.2 施工詳情

在進行該工程的大體積混凝土澆筑施工時，共指定5 處澆筑位置，其中第一處放置4 臺混凝土車載泵，同時進行混凝土澆筑，并且澆筑時采用分層澆筑的方式完成；并且在施工過程中4 臺混凝土車載泵分別位于指定位置上進行混凝土澆筑；在電梯井處放置3 臺混凝土車載泵、井坑內1 臺，完成電梯井附近的混凝土澆筑，也向同一個方向推進。

大體積混凝土在澆筑過程中，為保證已經澆筑的混凝土面層在規定的初凝時間內，被分層新澆筑的混凝土覆蓋，降低冷裂縫的產生，混凝土車載泵在進行混凝土澆筑時，需自然形成坡度；并且混凝土澆筑帶的附近安裝振動器，分別位于混凝土卸料點位置和坡角處。當混凝土澆筑至設計標高后，需進行收頭處理，使用刮尺對表面的砂漿進行處理，并對其進行碾壓、打磨和壓實，以此避免表面產生龜裂。

大體積混凝土在澆筑過程中，澆筑體積較大，因此導致其散熱效率較低，容易形成混凝土內部高溫，導致混凝土澆筑后形成裂縫。因此，在施工過程中，在壁板混凝土內布設降溫導熱管，其布置情況如圖1 所示。

圖1 布設降溫導熱管布設情況

降溫導熱管在布設時，為實現混凝土的高效散熱，降低水熱化反應，管徑為50mm，并且采用水平布置方式，其間隔為1m，共有2 個進水口和2 個出水口，以此，提升大體積混凝的散熱效率。當大體積混凝土結構的內外溫差在25℃內時，則停止導熱管散熱；并在混凝土結構和環境溫度差小于25℃時，拆除模板并進行保溫處理。

3.3 大體積混凝土溫度計算

大體積混凝土在澆筑過程中，混凝土的溫度是影響其施工效果的主要原因，因此，需有效掌握混凝土拌合物的溫度T0情況，其計算公式為

其中，M表示混凝土重量；C表示混凝土比熱；Ti表示混凝土組成材料溫度。

如果混凝土澆筑溫度用T1表示，其計算公式為

其中，Ta表示環境平均溫度；a表示溫度損失系數；t表示混凝土運輸時間；T表示混凝土出機溫度；n表示混凝土拌合物轉運次數。

大體積混凝土澆筑過程中，會發生水泥水化熱反應，因此，依據GB50496-2018《大體積混凝土施工標準》，計算混凝土的絕熱溫升結果T（t），其計算公式為

其中，混凝土齡期為t時，發生的絕熱溫升用T（t）表示；W表示單立方米混凝土中，膠凝材料的用量；ρ表示重力密度；m表示關聯系數。

大體積混凝土中心溫度計算公式為

其中，Tj表示混凝土澆筑時的溫度；ξ（t）表示降溫系數。

3.4 混凝土性能計算

混凝土抗拉強度為

其中，ftk（t）表示混凝土在t時的抗拉強度標準值；γ表示系數。

混凝土抗裂性能計算如下。

其中，ηz和ηs均表示拉應力，前者對應混凝土內部溫差形成，后者對應綜合溫差形成；K表示防裂安全系數；λ表示抗拉強度影響系數。

3.5 結果分析

3.5.1 混凝土拌合物坍落度分析

測試混凝比拌合物在不同時間下的坍落度，依據測試結果可知：在不同的時間下，混凝土拌合物的坍落度結果和相關標準結果吻合程度較高，均在允許的數值范圍內，其最大坍落度為200mm，最小坍落度為161mm，滿足混凝土的性能標準。

3.5.2 大體積混凝土的強度分析

獲取大體積混凝土澆筑完成后，在不同養護時間內，混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度變化結果，并將試驗結果與設計標準結果進行對比（表1）。

表1 混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度變化結果

依據表3 測試結果可知：大體積混凝土澆筑施工后，在28d 時，混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度分別為38.7MPa 和4.66MPa，高于規定標準。因此，大體積混凝土澆筑效果較好，能夠有效保證混凝土施工后的使用性能。

4 結論

為降低大體積混凝土施工過程中的水熱化反應，避免混凝土發生裂縫，本文研究高層建筑底板大體積混凝土施工技術，該技術主要針對大體積混凝土施工過程中的溫度進行控制，提升混凝土的散熱效率，以此降低混凝土各區域和各層溫差。通過該施工方式進行施工后，大體積混凝土的溫度可被有效控制，以此保證大體積混凝土施工后的使用性能，避免發生開裂情況。