超長(zhǎng)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(chǎng)是九運(yùn)會(huì)的主會(huì)場(chǎng)，設(shè)固定觀眾座位8萬席，總建筑面積達(dá)14．56萬m2，規(guī)模巨大，造型新穎，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，施工難度大，工期短，由廣東建工集團(tuán)總承包施工，本工程(包括場(chǎng)外環(huán)境及附屬結(jié)構(gòu))高性能混凝土用量達(dá)13萬m’。    本工程面積巨大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)看臺(tái)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(tái)面積達(dá)4．25萬m。，屬超大面積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?？磁_(tái)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_(tái)樓層沿徑向設(shè)計(jì)有6道永久性伸縮縫，其間距超長(zhǎng)，約為90m。    地下室底板面積近2．5萬m。，澆筑混凝土量達(dá)1．87萬m3，雖然其厚度僅為600mm，但分布其中的眾多大承臺(tái)和底板合在一起澆筑施工，合并后的最大厚度達(dá)1．7m，亦屬大體積混凝土施工。底板設(shè)計(jì)有7條后澆帶，分為8大塊，最大一塊面積達(dá)4100m。，底板寬約36m，長(zhǎng)約120m，底板后澆帶間距超長(zhǎng)。    超長(zhǎng)、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(diǎn)與難點(diǎn)。

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(dá)300m，最大輸送高度為60m，為滿足泵送混凝土和體育場(chǎng)復(fù)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(chǎng)北區(qū)配置了l臺(tái)意大利進(jìn)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(dòng)上料和自動(dòng)稱量系統(tǒng)的混凝土攪拌站2座，產(chǎn)量為30~50m3／h。    針對(duì)本工程的需要，配制高性能混凝土?xí)r為了優(yōu)選原材料和配合比，我們應(yīng)用“雙摻”技術(shù)，除提高混凝土的可泵性外，還有意識(shí)地預(yù)先通過試驗(yàn)確定低收縮率的混凝土配合比，同時(shí)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(jí)配骨料，增大混凝土的密實(shí)度。嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)和人泵坍落度，隨不同施工階段的設(shè)計(jì)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(tái)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(zhǔn)混凝土的減水效應(yīng)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(jí)或Ⅱ級(jí)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(bǔ)充泵送混凝土中的細(xì)骨料，提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性和流動(dòng)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(qiáng)度。2．3配合比選擇    混凝土的配合比決定了混凝土的強(qiáng)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(shí)間以及混凝土收縮率等性能指標(biāo)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求、氣候條件，摻人粉煤灰的影響以及施工現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理狀況，采用不同技術(shù)指標(biāo)，由實(shí)驗(yàn)室試配確定。   

   (1)地下室底板施工階段    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)底板混凝土提出以下指標(biāo)：①坍落度12—14cm；②初凝時(shí)間6—8h；③摻加高效減水劑，超量摻加I級(jí)粉煤灰，減少水泥用量，降低水化熱；④通過試驗(yàn)選定收縮率較小的配合比。    為了確保混凝土具有高性能，我們提前對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了大量反復(fù)多次的試驗(yàn)，取得十幾組試配數(shù)據(jù)，測(cè)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(yàn)方法測(cè)試混凝土的長(zhǎng)期收縮情況。測(cè)定混凝土收縮率后，有意識(shí)地模擬澆筑一塊混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)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(shí)踐證明，本配合比是成功的，用I級(jí)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(qiáng)度。

2．3  配合比選擇   

      混凝土的配合比決定了混凝土的強(qiáng)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(shí)間以及混凝土收縮率等性能指標(biāo)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求、氣候條件，摻人粉煤灰的影響以及施工現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理狀況，采用不同技術(shù)指標(biāo)，由實(shí)驗(yàn)室試配確定。   

   (1)地下室底板施工階段    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)底板混凝土提出以下指標(biāo)：①坍落度12—14cm；②初凝時(shí)間6—8h；③摻加高效減水劑，超量摻加I級(jí)粉煤灰，減少水泥用量，降低水化熱；④通過試驗(yàn)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?duì)混凝土配合比進(jìn)行了大量反復(fù)多次的試驗(yàn)，取得十幾組試配數(shù)據(jù)，測(cè)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(yàn)方法測(cè)試混凝土的長(zhǎng)期收縮情況。測(cè)定混凝土收縮率后，有意識(shí)地模擬澆筑一塊混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)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(shí)踐證明，本配合比是成功的，用I級(jí)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(zhǎng)度為45m，相鄰塊之間混凝土澆筑的時(shí)間間隔為14d。

   (2)看臺(tái)樓層    選擇不同的水泥和多種外加劑進(jìn)行配合比試驗(yàn)研究，對(duì)外加劑的適應(yīng)性進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，得出針對(duì)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(jí)粉煤灰摻量為22％，既滿足了混凝土的強(qiáng)度要求，又具有良好的可泵性和經(jīng)濟(jì)性。    南區(qū)采用HPM一2高效緩凝減水劑和黃埔電廠的Ⅱ級(jí)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(shí)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(tái)和樓層中，通過合理增加施工縫數(shù)量，降低了約束應(yīng)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(jì)算和研究，決定調(diào)整底板分塊，將大塊底板劃分成小塊進(jìn)行施工，中間增加19條施工縫，把整個(gè)底板劃分成27小塊，每塊長(zhǎng)度基本上控制在45m內(nèi)，底板后澆帶按設(shè)計(jì)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(dá)2個(gè)月后再施工，采用比設(shè)計(jì)高一等級(jí)的微膨脹混凝土澆筑。底板混凝土的澆注采用跳倉(cāng)法進(jìn)行，相鄰兩塊底板混凝土澆注時(shí)間間隔為14d，實(shí)踐證明收到了很好的效果。

3．2  看臺(tái)樓層    本工程形體龐大，看臺(tái)樓層面積巨大，環(huán)狀結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，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(chǎng)看臺(tái)和樓層環(huán)向增設(shè)了兩道施工縫，縫處增設(shè)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(yīng)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。