超長超大面積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)

1  工程概況   

      廣東奧林匹克體育場是九運會的主會場，設固定觀眾座位8萬席，總建筑面積達14．56萬m2，規(guī)模巨大，造型新穎，質(zhì)量標準高，施工難度大，工期短，由廣東建工集團總承包施工，本工程(包括場外環(huán)境及附屬結(jié)構(gòu))高性能混凝土用量達13萬m’。    本工程面積巨大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)看臺樓層采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，由于其特殊功能要求，花瓣形看臺面積達4．25萬m。，屬超大面積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？磁_下各樓層面積分別為：首層3．79萬m。，2層2．84萬m2，3層1．52萬m。，4層1．4萬nfl。，5層1．24萬m2?？磁_樓層沿徑向設計有6道永久性伸縮縫，其間距超長，約為90m。    地下室底板面積近2．5萬m。，澆筑混凝土量達1．87萬m3，雖然其厚度僅為600mm，但分布其中的眾多大承臺和底板合在一起澆筑施工，合并后的最大厚度達1．7m，亦屬大體積混凝土施工。底板設計有7條后澆帶，分為8大塊，最大一塊面積達4100m。，底板寬約36m，長約120m，底板后澆帶間距超長。    超長、超大面積及大體積混凝土是本工程結(jié)構(gòu)的重要特色之一，其裂縫控制也就成為工程施工的重點與難點。

2  采用高性能混凝土施工技術(shù)   

      本工程混凝土最大輸送距離達300m，最大輸送高度為60m，為滿足泵送混凝土和體育場復雜特殊造型的施工要求，我們大量采用了高性能混凝土施工技術(shù)。在體育場北區(qū)配置了l臺意大利進口的大型現(xiàn)代化攪拌站，產(chǎn)量為90m’／h；南區(qū)配置了自動上料和自動稱量系統(tǒng)的混凝土攪拌站2座，產(chǎn)量為30~50m3／h。    針對本工程的需要，配制高性能混凝土時為了優(yōu)選原材料和配合比，我們應用“雙摻”技術(shù)，除提高混凝土的可泵性外，還有意識地預先通過試驗確定低收縮率的混凝土配合比，同時減少水泥用量，降低混凝土的水化熱和改善其收縮性能。

2．1  優(yōu)選原材料   

      選用優(yōu)質(zhì)的原材料，如底板施工中采用連續(xù)級配骨料，增大混凝土的密實度。嚴格控制混凝土出機和人泵坍落度，隨不同施工階段的設計要求與天氣變化情況跟蹤調(diào)整配合比，詳見表1。

2．2  采用“雙摻技術(shù)”   

     在本工程施工中，地下室底板使用KFDN-SP8外加劑，看臺樓層等混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)具體情況，選用HPM一2高效緩凝減水劑、FE—C2外加劑等，這些高效外加劑具有高減水率和良好的保塑性能。摻外加劑混凝土與基準混凝土的減水效應比較如圖1所示。

    根據(jù)本工程的具體情況，我們分別選用黃埔電廠、廣州發(fā)電廠等的I級或Ⅱ級粉煤灰，采用粉煤灰這種活性的水硬性材料代替部分水泥，補充泵送混凝土中的細骨料，提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性和流動性，并改善其可泵性和降低水化熱，從而提高混凝土的后期強度。2．3配合比選擇    混凝土的配合比決定了混凝土的強度、抗?jié)B性、和易性、坍落度、水泥用量、水化熱大小、初凝和終凝時間以及混凝土收縮率等性能指標。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點和設計要求、氣候條件，摻人粉煤灰的影響以及施工現(xiàn)場的生產(chǎn)管理狀況，采用不同技術(shù)指標，由實驗室試配確定。   

   (1)地下室底板施工階段    根據(jù)現(xiàn)場條件，對底板混凝土提出以下指標：①坍落度12—14cm；②初凝時間6—8h；③摻加高效減水劑，超量摻加I級粉煤灰，減少水泥用量，降低水化熱；④通過試驗選定收縮率較小的配合比。    為了確?；炷辆哂懈咝阅埽覀兲崆皩炷僚浜媳冗M行了大量反復多次的試驗，取得十幾組試配數(shù)據(jù)，測試了不同配合比混凝土的收縮率及收縮與齡期的關(guān)系，并采用鋼環(huán)試驗方法測試混凝土的長期收縮情況。測定混凝土收縮率后，有意識地模擬澆筑一塊混凝土試件進行試驗，測試其溫度變化和收縮率，確定了表2的配合比，其收縮率為0．12％0，且在14d后基本上不再收縮。    實踐證明，本配合比是成功的，用I級粉煤灰代替部分水泥，大大減少了水泥用量和降低了水化熱，從而提高混凝土的后期強度。

2．3  配合比選擇   

      混凝土的配合比決定了混凝土的強度、抗?jié)B性、和易性、坍落度、水泥用量、水化熱大小、初凝和終凝時間以及混凝土收縮率等性能指標。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點和設計要求、氣候條件，摻人粉煤灰的影響以及施工現(xiàn)場的生產(chǎn)管理狀況，采用不同技術(shù)指標，由實驗室試配確定。   

   (1)地下室底板施工階段    根據(jù)現(xiàn)場條件，對底板混凝土提出以下指標：①坍落度12—14cm；②初凝時間6—8h；③摻加高效減水劑，超量摻加I級粉煤灰，減少水泥用量，降低水化熱；④通過試驗選定收縮率較小的配合比。    為了確?；炷辆哂懈咝阅?，我們提前對混凝土配合比進行了大量反復多次的試驗，取得十幾組試配數(shù)據(jù)，測試了不同配合比混凝土的收縮率及收縮與齡期的關(guān)系，并采用鋼環(huán)試驗方法測試混凝土的長期收縮情況。測定混凝土收縮率后，有意識地模擬澆筑一塊混凝土試件進行試驗，測試其溫度變化和收縮率，確定了表2的配合比，其收縮率為0．12％0，且在14d后基本上不再收縮。    實踐證明，本配合比是成功的，用I級粉煤灰代替部分水泥，大大減少了水泥用量和降低了水化熱，在確定了收縮率較小的配比后，據(jù)此收縮率確定底板分塊的最大長度為45m，相鄰塊之間混凝土澆筑的時間間隔為14d。

   (2)看臺樓層    選擇不同的水泥和多種外加劑進行配合比試驗研究，對外加劑的適應性進行對比試驗，得出針對不同階段和不同施工部位的優(yōu)化配合比。    北區(qū)采用深圳產(chǎn)FE—C2外加劑摻量為1．6％，黃埔電廠的Ⅱ級粉煤灰摻量為22％，既滿足了混凝土的強度要求，又具有良好的可泵性和經(jīng)濟性。    南區(qū)采用HPM一2高效緩凝減水劑和黃埔電廠的Ⅱ級粉煤灰得出的配合比，即：水泥：混合材：砂：石：水：外加劑=l：0．23：2．17：3．20：0．53：0．016，水泥、砂、石、水、粉煤灰、外加劑用量分別為332，722，1063，176，77，5．28~m3，水膠比0．44％，含砂率40．4％，坍落度145mm，質(zhì)量密度2370kg／／m3，初凝n,-Jl~q 5—8h，終凝時間8—10h。

3  合理增加施工縫數(shù)量以改善約束條件    在超大面積現(xiàn)澆底板、看臺和樓層中，通過合理增加施工縫數(shù)量，降低了約束應力，減少了混凝土收縮，取得良好的效果。

3．1  地下室底板    為了有效控制混凝土底板的收縮變形，施工前經(jīng)計算和研究，決定調(diào)整底板分塊，將大塊底板劃分成小塊進行施工，中間增加19條施工縫，把整個底板劃分成27小塊，每塊長度基本上控制在45m內(nèi)，底板后澆帶按設計要求采用橡膠止水片，施工縫和側(cè)墻后澆帶及外墻水平施工縫采用鋼板止水片。后澆帶、施工縫采用新型永久性模板——快易收口網(wǎng)。后澆帶待其兩側(cè)混凝土齡期達2個月后再施工，采用比設計高一等級的微膨脹混凝土澆筑。底板混凝土的澆注采用跳倉法進行，相鄰兩塊底板混凝土澆注時間間隔為14d，實踐證明收到了很好的效果。

3．2  看臺樓層    本工程形體龐大，看臺樓層面積巨大，環(huán)狀結(jié)構(gòu)超長，為防止混凝土貫通裂縫的產(chǎn)生，并有效控制表面裂縫的開展，施工過程中在不影響結(jié)構(gòu)整體性的前提下，兼顧施工方便，沿體育場看臺和樓層環(huán)向增設了兩道施工縫，縫處增設構(gòu)造配筋，合理劃分施工流水段，使施工縫有效削減了混凝土結(jié)構(gòu)的約束應力，減少了蓄熱量與水化熱的過度積累，避免了有害裂縫的產(chǎn)生。