貿(mào)易中心工程大體積砼施工技術(shù)總結(jié)

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一、大體積砼的抗裂計(jì)算

    考慮到理論計(jì)算與實(shí)際計(jì)算的差異，為確保質(zhì)量，初步定分二層澆筑(分塊施工難度大，工期不允許)，但設(shè)計(jì)不同意，最后決定一次澆筑。如下計(jì)算：     (一)配合比的確定     大體積砼配合比需滿足低水化熱值和砼強(qiáng)度等級(jí)C40要求。為此，做了以下幾點(diǎn)調(diào)整：     1、經(jīng)設(shè)計(jì)同意后，選用砼的60天強(qiáng)度值替代28天強(qiáng)度值，從而降低水泥用量；     2、采用高效減水劑降低砼中水的用量；     3、采用石家莊產(chǎn)UEA（微膨脹劑）增強(qiáng)砼的抗裂性能；     4、采用二級(jí)以上粉煤灰替代部分水泥來增強(qiáng)砼的和易性。     經(jīng)過3月－6月近4個(gè)月的反復(fù)試配，大體積砼的配合比為：     單位：Kg

大同(P,0525)水泥

水

砂

石

減水劑

UEA

粉煤灰

322

185

745

1118

6.63

40

40

      砼的塌落度為18±3cm，緩凝12h。     (二)砼的抗裂計(jì)算     1、砼的將溫系數(shù)     2.8米厚大體積砼底板，保溫為120mm厚，兩層塑料布。h－砼虛厚度，h=(Kλ)/β     λ－砼導(dǎo)熱系數(shù)：2.33w/(mk)     K－計(jì)算折減系數(shù)，K=0.666     β=1/[(δ/K₁λ₁)+(1/β_q)]     δ－保溫材料的厚度，δ＝0.88     λ₁-保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，λ₁＝0.28     β_q－空氣層傳熱系數(shù)，取23w/(m2k)     K₁－傳熱系數(shù)的修正系數(shù)     Β＝1.42ξ(t)－降溫系數(shù)，按4米厚底板查表，取值見下表 day 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 ξ(t) 0.74 0.73 0.72 0.65 0.55 0.46 0.37 0.30 0.25 0.24       2、砼的中心溫升計(jì)算     T(t)=ξ(t)(1-e^-mt)CQ/cρ     式中：     T(t)－澆筑完砼一段時(shí)間t，砼的中心溫升值     C－每立方米水泥用量(Kg)     Q－每公斤水泥水化用量(J/Kg)     C－砼的比熱ρ－砼質(zhì)量密度2400Kg/m3     e－常數(shù)          2.718     m－經(jīng)驗(yàn)系數(shù)t－齡期ξ(t)－降溫系數(shù)     為簡化計(jì)算，并考慮粉煤灰的放熱     T(t)＝ξ(t)CQ/cρ+F/50     F－每立方米粉煤灰用量(Kg)     T(3)=31.0℃    T(6)=30.60℃   T(12)=27.3℃  T(15)=23.3℃T(21)=16.0℃      T(27)=11.13℃ T(30)=10.8℃     3、各齡期砼收縮變形值     ε_y(t)=ε_y0(1-e-^0.01t)×M₁……M₁₀     M1～M10            考慮各種因素的修正系數(shù)     ε_y0－標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)砼最終收縮值M₁=1.10                        低熱水泥     M₂=1.35                        水泥細(xì)度(5000)     M₃=1.0                         骨料為礫砂     M₄=1.0                         水灰比0.4     M₅=1.2                         水泥漿量(25%)     M₆=1                          7天     M₆=0.93                        15天     M₇=0.88                        相對(duì)濕度(60%)     M₈=1.2     γ=(2×2.8+40.1)/(2.8×40.1)=0.4     (γ－水力半徑的倒數(shù)m-1，為構(gòu)件截面周長與截面積之比γ=/A)     M₉=1.0                        機(jī)械振搗     M₁₀=0.85     E_aA_a/E_bA_b=2.0×10⁵×804.2×6×6/(1000×2800×3.25×10⁴)        =0.06     [(E_aA_a/E_bA_b)]－配筋率     M₁×……×M₁₀=1.4     ε_y(3)=0.134×10^-4     ε_y(9)=0.134×10^-4ε_y(12)=0.134×10^-4    ε_y(18)=0.134×10^-4ε_y(21)=0.134×10^-4    ε_y(27)=0.134×10^-4     ε_y(30)=0.134×10^-4     4、砼當(dāng)量溫差計(jì)算      T_y(t)=-ε_y(t)/α     式中，T_y(t) －各齡期(d)砼收縮當(dāng)量溫差，負(fù)號(hào)表示降溫     ε_y(t) －各齡期(d)砼收縮相對(duì)變形值     α－砼的線膨脹系數(shù)，取1.0×10^-5     T_y(3)=-1.34℃        T_y(6)=-1.34℃      T_y(12)=-1.34℃        T_y(15)=-1.34℃T_y(21)=-1.34℃        T_y(24)=-1.34℃T_y(30)=-1.34℃     5、彈性模量計(jì)算     E_(t)=E₀(1-e^-0.09t)     E(7)－砼從澆筑到計(jì)算時(shí)的彈性模量(N/mm²)     E₀－砼的最終彈性模量(N/mm²)，取為3.25×10⁴     E₍₃₎=0.77×10⁴       E₍₉₎=1.5×10⁴E₍₁₂₎=2.15×10⁴       E₍₁₈₎=2.61×10⁴     E₍₂₁₎=2.76×10⁴                E₍₃₀₎=3.03×10⁴6.溫差的計(jì)算     6.1澆筑溫度－T_j，平均大氣溫度T_q     根據(jù)氣象資料     太原          6月份平均氣溫20～28℃     澆筑溫度，取T_j=30℃     平均大氣溫度，取T_q=28℃     6.2中心溫度T_z     T_z=T_(t)+T_j     T_z(3)=61℃          T_z(6)=60.6℃   T_z(12)=57.3℃        T_z(15)=53.2℃   T_z(21)=46.0℃        T_z(24)=43.1℃   T_z(30)=40.8℃     砼表面溫度T_b     砼采用草簾袋保溫，根據(jù)砼中心溫度的計(jì)算，15天后，不保溫即可滿足內(nèi)外溫差小于25℃的要求，因此在2～15天進(jìn)行砼保溫養(yǎng)護(hù)。     T_b=T_q+(4h/M²)×(H-h)×ΔT_(t)     T_q－平均大氣溫度，取28℃     H－砼計(jì)算厚度     ΔT_(t)－一定時(shí)間，砼中心溫度與外界大氣溫度之差     h－砼虛厚度，h=(Kλ)/β     λ－砼導(dǎo)熱系數(shù)：2.33w/(mk)     K－計(jì)算折減系數(shù)，K=0.666     β－1/[(δ/K1λ1)+(1/βq)]     δ－保溫材料的厚度，δ=0.08     λ1－保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，λ1=0.28     βq－空氣層傳熱系數(shù)，取23w/(m2k)     K1－傳熱系數(shù)的修整系數(shù)     β=1.42        h’=1.09米15天后，去掉保溫     β=23        h’=0.083米ΔT(t)=Tz(t)-Tb(t)     Tb(3)=50.78℃         Tb(6)=50.5℃     Tb(9)=50.4℃     Tb(12)=48.2℃         Tb(15)=45.4℃          Tb(18)=30.36℃     Tb(21)=30.01℃        Tb(24)=29.7℃          Tb(27)=29.5℃     Tb(30)=29.4℃     6.3砼的截面溫度計(jì)算     因?yàn)轫沤孛鏅M斷面上不同高度處，溫度不一樣，故計(jì)算砼溫度變化應(yīng)以截面上平均溫度的變化為依據(jù)。 截面溫度T(t)=Tb(t)+2/3×(Tz(t)-Tb(t))     T(3)=57.8℃       T(6)=57.4℃T(12)=54.5℃      T(15)=50.8℃T(21)=12℃       T(24)=10.5℃T(30)=8.5℃     6.4砼的總降溫差計(jì)算ΔT(t)*     ΔT(15)*=T(3)-T(15)-Ty(15)+Ty(3)=11.98℃     ΔT(24)*=T(3)-T(24)-Ty(24)+Ty(3)=27.54℃     ΔT(30)*=T(3)-T(30)-Ty(30)+Ty(15)=31.16℃     7、砼收縮應(yīng)力計(jì)算     σ(t)=[E(t)×α×ΔT(t)*/(1-μ)]×S(t)×R     σ(t)－按二維公式計(jì)算的溫度應(yīng)力(MPa)     E(t)－各齡期砼彈性模量     μ－砼泊松比，取0.15     S(t)－徐變引起的砼松弛系數(shù)，S(15)=0.411     S(24)=0.355   R－砼外約束力，R取0.5     ΔT(t)*   (總降溫差)     E(15)=2.4×104    E(24)=2.4×104    E(30)=3.25×104     α－砼線膨脹系數(shù)，1×10-5     7.1砼收縮應(yīng)力計(jì)算：     σ(15)=0.698N/m2      σ(24)=1.44N/m27.2砼抗拉應(yīng)力計(jì)算：     抗拉應(yīng)力f(15)=80%×40×0.06=1.8N/mm2     抗拉應(yīng)力f(24)=90%×40×0.06=2.18N/mm2     抗拉應(yīng)力f(30)= 40×0.06=2.4N/mm2     7.3安全系數(shù)計(jì)算K(t)     K(15)=1.8/0.69=2.6>1.25     K(24)=2.18/1.44=1.51>1.25     K(30)=2.4/1.99=1.20     因在計(jì)算中，未考慮砼中UEA膨脹劑的微膨脹，有一定的安全儲(chǔ)備，可滿足砼的抗裂要求。     二、選擇適宜的氣候條件     根據(jù)以往大體積砼的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合太原地區(qū)年平均氣溫情況，選擇在4月中旬和9月底施工為最理想，氣溫在10－25℃之間，平均氣溫16℃左右。降低砼的入模溫度，從而控制中心溫升值。根據(jù)山西國貿(mào)中心施工總進(jìn)度計(jì)劃，大體積砼的施工在4月中旬，此時(shí)氣候體積對(duì)大體積砼施工極為有利。因種種原因，導(dǎo)致大體積砼的施工嚴(yán)重滯后，實(shí)際施工是在6月底、7月初，澆筑時(shí)日平均氣溫28℃左右，白天最高氣溫37℃，氣候條件對(duì)大體積砼的施工極為不利。     三、砼的原材選擇     砼中的水化熱是由于水與水泥的化學(xué)反應(yīng)引起的，水化熱造成大體積砼的中心溫度大大高于外界溫度，導(dǎo)致大體積砼內(nèi)外溫差過大，降溫梯度過大，而引起砼的開裂。砂、石中含泥量過大，也會(huì)加大砼的收縮變形，從而引起砼的開裂。石子粒徑偏小、砂細(xì)度太大都會(huì)加大水泥用量而增加水化熱。因而在原材選擇上做了如下考慮：     1、選擇中低熱水泥?？紤]到太原地區(qū)的實(shí)際情況和大體積砼的強(qiáng)度等級(jí)C40，綜合計(jì)算比較大同普525＃水泥和太原礦渣425＃水泥的水化熱值后，選擇大同普525＃水泥。     2、嚴(yán)格控制砂、石的含泥量。砂含泥量控制3%以內(nèi)，石子含泥量控制在1%以內(nèi)。綜合考慮施工具體情況后，石子粒徑定為5－31.5mm，砂選用中砂(懷州水洗竇羅砂)。     四、大體積砼的配合比     五、大體積砼的施工過程控制     1、鋼筋綁扎。     2.8米厚的大底板，鋼筋為上下各6排φ32@150，鋼筋密度很大，上面6排鋼筋總重400多噸，需采用可靠的支撐系統(tǒng)。現(xiàn)場采用40×40×4角鋼與8＃槽鋼結(jié)合的Y型支架，間距3m×2m來支撐上部鋼筋和施工荷載，收到了很好的效果。施工過程未出現(xiàn)上部鋼筋下沉及傾斜現(xiàn)象，上部和下部鋼筋同方向重疊綁扎，確保砼施工中，砼可以順利流淌入鋼筋間隙。為防止大體積砼表面開裂，在砼上表面即上層鋼筋的上面增設(shè)雙向ф6@150鋼筋，有效地防止了砼表面的收縮裂縫。     2、砼的振搗     大體積砼的施工過程中，砼振搗越密實(shí)，越不易開裂，為此，2.8米厚底板上共設(shè)置振搗棒30根，分別按部位，在流動(dòng)砼的前、中、后將責(zé)任落實(shí)到人振搗，重點(diǎn)注意柱、剪力墻部位，以防漏振。底板側(cè)開口，開始時(shí)，防止砼振搗的操作人員從側(cè)面進(jìn)入底板內(nèi)，進(jìn)行下部振搗，確保砼的密實(shí)度和杜絕下鐵漏筋。同時(shí)底板上下各設(shè)置3名管理人員，用對(duì)講機(jī)聯(lián)系，上部管理人員將看到的問題即使放映給下部人員，及時(shí)處理振搗過程中發(fā)現(xiàn)的問題。     3、砼的入模溫度控制     砼的入模溫度直接影響砼中心溫升值，因而降低砼的入模溫度是大體積砼施工的一個(gè)重要控制內(nèi)容。在砼澆筑前，控制砼的入模溫度宜≤25℃，為達(dá)到這一要求，商品砼攪拌站采取了如下措施：     3.1砼罐車保溫、淋水。     3.2砂、石場地覆蓋，石子場地3天前澆水降溫。     3.3砼用水采用水箱內(nèi)加冰塊的辦法將水溫控制在6℃以下。     采取以上措施后，商品砼的出站溫度在24℃－27℃左右。由于大體積砼澆筑在6月底、7月初，室外氣溫白天基本在35℃－37℃之間，入模溫度難以達(dá)到預(yù)期要求，實(shí)際入模溫度在27℃－29℃之間。     4、砼的現(xiàn)場入模。大體積砼的澆筑需避開雨天，因而從當(dāng)?shù)貧庀蟛块T得到的氣象資料和常年雨季分布日情況，定澆筑日為6月28日－6月30日(東塔樓)，7月3日－7月5日(西塔樓)。為了降低環(huán)境溫度，澆筑初期，現(xiàn)場周圍灑水，基坑壁灑水，在上部鋼筋上用阻燃草簾被覆蓋，以免陽光照曬使基坑內(nèi)升溫。澆筑從晚上7點(diǎn)開始，利用兩個(gè)晚上和一個(gè)白天，36小時(shí)完成4750m3的第一塊大體積砼的澆筑，為此，現(xiàn)場設(shè)3個(gè)溜槽，2臺(tái)泵車(43米臂、32米臂各一臺(tái))，1臺(tái)地泵(90m2/小時(shí))。兩個(gè)商品砼攪拌站、30輛罐車供應(yīng)和運(yùn)輸砼。實(shí)際澆筑第一塊2.8米厚底板，由于罐車不及時(shí)，用了44小時(shí)，第二塊2.8米厚底板，用了34小時(shí)。     5、砼的保溫和測溫     由于大體積砼的澆筑在6月底、7月初，氣溫很高，在入模溫度難以達(dá)到預(yù)定值后，砼的保溫和測溫工作就成為控制砼內(nèi)外溫差和降溫速度的唯一措施，其重要性在大體積砼施工中就抗裂措施方面屬第一位。因而，在方案考慮和現(xiàn)場施工中，砼的保溫和測溫工作不能忽視，為此現(xiàn)場采取如下措施。     5.1埋設(shè)測溫點(diǎn)     每個(gè)主塔樓底板埋設(shè)測溫點(diǎn)22個(gè)(具有代表性的點(diǎn))，每點(diǎn)分上、中、下，共計(jì)66個(gè)預(yù)埋式溫度傳感器，用建筑電子測溫儀測量讀數(shù)，基本上反映了整塊大體積砼的表面、中心、下部溫度，埋設(shè)工作安排在澆筑前的12h進(jìn)行，避免溫度傳感器丟失和破壞。     5.2大體積砼表面保溫     為避免砼的表面溫度與中心溫度之差過大(規(guī)范規(guī)定≤25℃)，保證日降溫速度在1.5℃左右，大體積砼澆筑完需在表面覆蓋保溫材料，通過保溫材料的增減來控制日降溫速度和內(nèi)外溫差。結(jié)合砼的養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)場覆蓋二層塑料布，三層保溫草簾被，實(shí)現(xiàn)大體積砼的保溫和養(yǎng)護(hù)。     5.3大體積砼的測溫     根據(jù)砼的升溫速率來決定測溫頻次，在砼澆筑完三天至五天時(shí)間內(nèi)，基本保證2－4小時(shí)測一次，之后，4－6小時(shí)測一次。2.8米厚兩塊大體積砼底板的中心溫度平均為72℃，最高點(diǎn)溫度為74.4℃。表面最高平均溫度51.9℃。     7月13日，當(dāng)中心平均溫度降至53℃時(shí)，它與大氣平均溫度27℃僅相差26℃，而此時(shí)砼的表面溫度肯定大于大氣溫度，即此時(shí)的中心平均溫度與表面平均溫度之差肯定小于25℃。從7月13日起，撤掉所有塑料布及保溫草簾被，經(jīng)觀察，砼表面無裂紋。大體積砼一次澆筑成功。     六、大體積砼施工的幾點(diǎn)感想     1、大體積砼施工時(shí)要對(duì)砼的原材料進(jìn)行控制。     1.1選用中低熱水泥；     1.2采用砼的后期強(qiáng)度，及R60代替R28，以降低水泥用量來降低水化熱；     1.3在可能的情況下，盡量采用粒徑較大的粗骨料，以減少用水量及水泥用量；     1.4對(duì)粗細(xì)骨料的含泥量盡量控制。     2、大體積砼施工時(shí)必須摻加有效的外加劑。     2.1摻加一定比例的高效減水劑，以減少用水量及水泥用量；     2.2摻加一定數(shù)量的磨細(xì)粉煤灰，改善砼的坍落度和粘塑性，滿足可泵性要求；     2.3摻加UEA膨脹劑，以增強(qiáng)砼的抗裂性；     2.4根據(jù)緩凝時(shí)間12h，摻加一定數(shù)量的緩凝劑；     3、在高溫季節(jié)進(jìn)行大體積砼施工，要對(duì)砼入模溫度進(jìn)行有效的控制。     3.1對(duì)砼出罐溫度進(jìn)行控制     3.1.1砼用水中加冰塊進(jìn)行降溫；     3.1.2砼用砂要提前進(jìn)行覆蓋，免受太陽照射；     3.1.3砼用石子要提前用井水澆灑，精心降溫，并覆蓋。     3.2控制砼入模溫度     3.2.1所用砼罐車加保溫被或淋水；     3.2.2在施工相差砼流淌的斜面之上鋼筋網(wǎng)片上覆蓋草簾被，防止陽光直接照射砼；     3.2.3用麻袋將地泵的泵管包裹，并不斷澆水濕潤。     4、加強(qiáng)砼的測溫和覆蓋保溫工作     砼澆筑完后，通過測溫，隨時(shí)了解砼中心與表面的溫差，由于趕工期，施工隊(duì)在底板上進(jìn)行下道工序施工，覆蓋保溫層在局部地方遭到破壞或干脆掀開，致使局部砼溫差高達(dá)30－33℃，平均溫差高達(dá)26.6℃，及時(shí)加強(qiáng)覆蓋后，溫差又逐步減小。說明大體積砼表面保溫工作非常重要，覆蓋層的薄厚直接影響砼表面與中心溫差的大小。