超长混凝土结构的大量采用, 对抗裂措施提出更新更高要求, 因而对混凝土开裂机理的研究不容忽视。在变形引起的裂缝中, 温度作用的影响不容忽视, 规范中采取后浇带以释放温度应力。

后浇带往往是在1～2个月再进行浇筑, 需要进行垃圾清理、模板搭设、单独浇筑等流程, 质量上往往不能控制到位, 经常造成渗漏、浇捣不密实、夹渣等质量问题, 增加施工成本的同时, 还可能出现渗漏、维修费用。由于不能及时拆除后浇带位置的模板支撑, 影响后续工作的穿插进行, 最终影响主体结构验收, 整体工期会受到影响, 尤其是裙房、地下室层数多、面积大的工程。

大体积混凝土工程施工中, 在早期温度收缩应力较大的阶段, 将超长混凝土块体分为若干小块体间隔施工, 经过短期应力释放, 在后期收缩应力较小的阶段再将若干小块体连成整体, 依靠混凝土抗拉强度抵抗下一阶段的温度收缩应力, 实现以施工间隔缝取代混凝土后浇带的施工方法, 以防止裂缝出现。

王铁梦针对大体积混凝土跳仓法提出了“7d”的代表性间歇时间, 然而大体积混凝土自浇筑至7d龄期时, 混凝土温度并未趋于稳定或接近环境温度, 相邻混凝土间歇7d浇筑时已释放的温度收缩应力达50%左右, 经过7～10d后, 再合拢相邻2块混凝土为1个整体, 剩余的降温及收缩作用将由混凝土的抗拉应变承受^[1]。这是“先放后抗”的设计原则, 这一原则和后浇带及间歇式加强带的原理一致, 只是后浇带改变成为施工缝。

以超长混凝土结构作为研究对象, 将跳仓施工改为顺序施工, 通过理论计算和大量混凝土浇筑后温度变化记录分析, 缩短相邻区域混凝土的连续浇筑时间, 由大体体积跳仓7～10d, 缩短到3～5d。施工中通过“抗放结合”的方式, 先将超长混凝土按分段原则, 分成若干区域, 按流水施工安排施工顺序, 浇筑一个区域的混凝土温度收缩应力大部分释放后, 再按规定时间间隔浇筑其相邻单元混凝土, 从而实现有效减少超长结构混凝土收缩应力、控制裂缝的目的。

通过现场试验, 采集混凝土温度及应变数据, 分析温度降温过程中超长混凝土收缩应力的实际变化, 对理论数据计算进行验证。大体积混凝土在浇筑后均要经历一段短暂的升温过程, 大体积混凝土一般在2～3d内达到温度峰值, 在养护得当的情况下温升值在20～30℃, 峰值随着所使用混凝土强度的增强而提升, 一般在60℃左右^[2]。

普通结构混凝土由于体量小, 结构厚度较薄, 水化热激烈程度小于大体积混凝土, 因而达到温度峰值所经历的时间相对于大体积混凝土较短, 一般在1～2d内达到温度峰值, 在养护得当的情况下温升值在10～20℃, 峰值随着所使用的混凝土强度的增强而提升, 一般在50℃左右。C25～C30的混凝土温度峰值为45～50℃, C30～C40混凝土温度峰值为50～60℃, C40～C60强度混凝土温度峰值为50～70℃

混凝土达到温度峰值后即进入降温阶段。降温速率受不同养护条件影响较大, 为充分利用混凝土在慢速荷载作用下的应力松弛效应, 通过后期养护控制降温速率, 使降温始终处于缓慢阶段, 从而避免降温速率过快而产生有害裂缝, 充分发挥松弛效应^[3]。

大体积混凝土降温速率平均下降1.5～2.0℃/d, 均在温控指标内, 而经过大量试验研究发现, 现场养护条件无法保证降温速率控制在1.5～2.0℃/d, 很多测温数据显示, 降温速率平均下降1.5～3.0℃/d, 大体积混凝土经过10～20d的时间降至环境温度或温度稳定状态, 7d时所降温差占据总降温差约50%。

普通结构混凝土体积量小, 散热条件好, 因而降温速率较大体积混凝土明显加快, 大量的试验数据显示, 普通厚度的混凝土结构降温速率平均下降3～6℃/d, 经过3～7d便可降至环境温度, 2～3d时的所降温差占总降温差的50%左右。

封闭合拢后采用综合总降温差的50%裂缝控制验算, 取现场实测温度记录进行验算。

混凝土的抗拉强度:

混凝土防裂性能可按下列公式进行判断:

式中, K为防裂安全系数, 取1.15。

, 满足抗裂条件。即封闭合拢后, 混凝土满足抗裂条件, 不会产生开裂现象。

经过计算分析验证3d可作为最短间歇时间。

为保证在先浇筑区段混凝土充分释放温度应力的前提下, 浇筑其相邻区段的混凝土, 不同结构构件和尺寸的相邻区段混凝土浇筑的间隔时间应根据底板厚度确定, 底板大体积混凝土厚度大于1m为7～10d, 小于1m为3～6d, 不宜小于3d, 间歇时间应按照结构构件厚度的大小分别取高值和低值。

选择低收缩性水泥, 优化混凝土配合比, 严格控制水泥用量, 从而有效控制混凝土温度应力和减少混凝土收缩变形^[4,5]。降低混凝土水化热是减少混凝土收缩的基本条件, 超长结构混凝土配合比设计建议满足以下条件:降低水化热, 减少收缩;水泥用量一般低于270kg;高效减水剂减水不低于20%;聚羧酸与骨料控制含泥量;用水量不高于180kg;掺和料的材料与比例, 以粉煤灰为主, 矿粉为辅。

施工前应开展混凝土试配工作, 依靠经验丰富的混凝土实验室进行配合比设计并试验, 研究符合要求的混凝土, 并进行送检以验证混凝土配合比的各项性能指标。对于商品混凝土的供应, 必须严格要求各原材料统一性和配合比稳定性。

1) 水泥采用普通硅酸盐水泥 (非早强型) 7d水化热不超过270kJ/kg, 3d的水化热不超过240kJ/kg;水泥用量为220～245kg/m³。水泥比表面积为300～350m²/kg, 尽可能选用水泥比表面积小的水泥;所用水泥在搅拌站的入机温度不宜高于60℃。

2) 外加剂聚羧酸高性能缓凝减水剂, 外加剂掺量占胶凝材料比重0.8%～1.0%, 要求减水剂减水率≥25%。

3) 粉煤灰Ⅱ级。

4) 砂采用中粗河砂, 模数为2.5～3.0, 含泥量≤1.5%, 泥块含量≤0.6%。

5) 碎石采用选取粒径大、强度高、级配好的花岗岩石子, 5～25mm连续级配, 含泥量≤0.8%, 泥块含量≤0.5%。

6) 拌合水的质量应符合国家现行标准JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的有关规定。

7) 重点控制混凝土入模温度。

混凝土过程振捣质量和养护也是超长混凝土结构施工控制的关键点, 混凝土浇筑时加强振捣, 但应避免漏振、过振, 以提高混凝土密实度和抗拉强度。浇筑后及时排除表面积水, 2～3h后进行一次抹面, 防止早期收缩裂缝的出现。采用塑料薄膜保湿加毛毡保温的综合养护措施, 以达缓慢降温, 充分发挥混凝土应力松弛效应, 降低约束应力。

大面积混凝土表面水泥浆较厚, 在浇筑后要进行处理。当混凝土浇筑到设计标高时用长刮尺刮平, 在初凝前用木抹子打磨压实, 以闭合收水裂缝。

大体积混凝土浇筑面应及时进行二次抹压处理, 不宜采用二次振捣工艺。浇筑面可用圆盘磨光机先进行收面收光处理。初凝时 (脚踩下去, 脚印有4～5mm的下陷) , 随即用木抹子进行抹压处理, 应做到随裂随压, 抹压与喷雾养护可同时进行。二次抹压压光后, 应马上进行保温保湿养护。

雨天浇筑混凝土时, 应及时用塑料薄膜对混凝土浇筑面进行封盖, 严禁雨水直接冲刷新浇筑混凝土。

某项目总建筑面积约48.8万m², 地上约35.7万m², 地下约13.1万m²。拟建酒店、办公楼、中厅、东展厅、西展厅、能源中心。本项目5个单体结构联为一体, 结构尺寸南北长500m、东西长480m, 属于典型的超长大体积混凝土结构, 裂缝控制技术要求高。其中登录大厅尺寸226m×144m, 单个展厅尺寸154m×68m, 办公楼与酒店尺寸156m×74m (68m) (见图1) 。原设计中有大量的收缩后浇带、补偿收缩混凝土和膨胀加强带, 如按原设计施工, 整体工期将无法保证。

本工程分为5个部分, 底板相连, 酒店和办公楼、东、西、中厅3个展厅。东西展厅筏板下为预应力混凝土管桩, 中厅区域部分为人工挖孔桩。

整体底板按各单体划分5个大的施工区域, 酒店底板部划分为6个区段, 酒店最大分段长度44.8m×34.0m, 办公楼底板部划分为11个区段, 办公楼最大分段长度46m×37m;A展厅底板划分为40个施工段, 最大区段43.2m×39.5m;B展厅底板划分为50个施工段, 最大区段46m×36m;中厅底板划分为30个施工段, 最大区段46m×36m;整体划分长度基本在30～50m。

本工程合同工期紧张, 结构工程中设计的大量后浇带对按期完工造成巨大制约, 设置大量的沉降后浇带和加强膨胀带2.4万m, 给施工带来诸多问题。

如果未留置后浇带, 后续砌体及粗装可及时穿插, 地下室提前封闭, 粗装修穿插开展, 后期安装设备安装将不受影响, 节省关键线路工期至少1个月, 对整体工期非常有利。后续装饰已穿插施工。

各展厅部分上部结构均有钢结构屋面, A、B厅上部钢结构桁架需要吊装, 中厅大跨度钢结构桁架需要滑移就位, 如留置后浇带, 主体结构不能连接成整体, 待后浇带浇筑完成, 达到设计强度, 钢结构将延后2个月进行吊装和滑移, 整体工期将无法保证。

本课题研究间歇法施工措施, 是对筏板和楼板温度后浇带传统施工方法的进一步优化, 其施工措施较传统施工相比, 更简单、便捷、节省人工和材料, 而且施工周期短, 推广后能产生较好的经济效益。以取消1 000m底板后浇带为例做节省费用计算, 可节省27万元。

本课题主要研究了超长结构无缝施工, 针对不同结构部位, 提出区域合理划分、施工组织安排原则, 具有较大的社会与环保效益。譹) 保证工程施工质量, 避免因留设后浇带而造成的施工质量问题;譺) 本研究有利于加快工程进度, 缩短工期, 为工程项目的顺利进展提供保证;譻) 节约人力资源和降低环境资源消耗, 同时减少社会资源和成本的消耗。

本文在大体积混凝土跳仓法的原理上, 进一步研发应用到普通超长混凝土结构上, 取消后浇带, 实现无缝施工, 且改进了跳仓施工, 改为顺序施工, 控制相邻区域混凝土浇筑间隔时间即可, 减少混凝土裂缝的产生, 给施工带来诸多好处, 进一步完善了规范中跳仓法的理论和应用, 有助于超长结构裂缝控制, 提高行业混凝土施工质量水平。