地震模拟台大体积混凝土施工质量控制

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摘要：模拟地震振动台大体积混凝土基础承受动荷载，混凝土裂缝控制尤为重要。文章所采取的一系列防止大体积混凝土裂缝的应对措施，经实际工程应用，这些防开裂措施能有效地控制混凝土施工质量。

关键词：振动台基础；大体积混凝土；温度监测；裂缝控制

1概述

安徽建科院抗震检测实验室，位于合肥市蜀山经济开发区。地震模拟系统振动台是实验室的主要设备之一，该设备为一套台面尺寸3m×3m的三向六自由度振动台。振动台通过8个激振作动器与预埋在混凝土基础里的作动器连接件相连接。振动台基础采用开口箱形固定基础，外形几何尺寸为11m×4.8m×7.5m，混凝土强度等级C30，混凝土总用量约1300m3。根据《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2018）相关条款，本工程属于大体积混凝土基础范畴。基础见图1、图2所示。大体积混凝土由于厚度尺寸较大，混凝土内部水泥水化产生的热量较难散发，内部和外部温差导致的温度变形不一致，从而在混凝土表面产生拉应力。温差大到一定程度，混凝土表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，在混凝土表面会产生有害裂缝，有时甚至会产生贯穿裂缝。而振动台基础属于动载基础，基础承受振动台工作时传递的动荷载，如果振动台作动器连接预埋件与混凝土基础之间出现裂缝，将极大地破坏振动台基础的整体刚性，作动器无法传递激振力。因此采取有效措施控制混凝土的温度应力和收缩力，从而防止混凝土裂缝，成为该振动台基础施工质量的一个重要控制点。

2原材料选择及配合比设计

2.1原材料

①为降低混凝土中水泥的水化热，采用外掺法配置混凝土。使用海螺P042.5低热普通硅酸盐水泥，混凝土中掺加适量粉煤灰，在保证胶凝材料总量前提下，降低了水泥用量，从而能降低混凝土水化热，并且改善混凝土的和易性、可泵性、粘聚性等性能。使用前必须对水泥的强度、安定性、凝结时间、水化热等性能指标进行复验。②细骨料采用中砂，细度模数为2.5，含泥量为1.1%，级配区间Ⅱ区中砂。③粗骨料粒径级配为5㎜～16㎜：16㎜～31.5㎜=1:3，试验含泥量0.1%，且为非碱活性粗骨料。④粉煤灰选用F类二级。外加剂采用高效缓凝、减水型，为江苏苏博特PCA-I型；膨胀剂为江苏苏博特HME-Ⅲ型。

2.2配合比设计

经试验室技术人员多次试配，根据各种混凝土配合比的性能及强度试验报告，最终确定采用的配合比如下表。

3浇筑工艺

①根据振动台基础尺寸及振动台作动器预埋件安装工艺要求，混凝土拟分四次浇筑完成。第一次：-7.5m至-6.2m，高度1.3m，混凝土约211m3；第二次：-6.2m至-3.38m，高度2.82m，混凝土约469m3；第三次：-3.38m至-1.6m，厚度1.78m，混凝土约229.8m3；第四次：-1.6m至0m，厚度1.6m，混凝土约207m3。混凝土分次浇筑大大减低混凝土收缩产生裂缝，每次混凝土浇筑间隔20d左右。见图2所示。②每次混凝土浇筑前重点处理施工缝界面，使混凝土结合密实牢固。根据混凝土每次浇筑体量、运输混凝土时间及混凝土初凝时间，采用整体分层连续式浇灌混凝土浇筑方式，每层混凝土厚度为400mm。振捣从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。见图3所示。③现场采用的是电动插入式振捣器，振捣时，振捣棒应呈45°斜插，快插慢拔，插点间距一般在300mm～450mm，插点应均匀排列，逐点移动，循序渐进；振捣时间宜为10s～30s，以混凝土表面泛浆和不冒气泡为准。在混凝土初凝前，进行复振，将振动棒插入混凝土中，排出混凝土中多余的水分。待混凝土表面收水后，用磨光机或木抹搓平，防止混凝土干缩裂缝出现。

4混凝土内外温差控制措施

4.1降低混凝土的搅拌出机温度及入模温度

①除水泥水化热外，考虑到本工程基础混凝土浇筑时间恰逢合肥市5月份，搅拌站对骨料可进行喷淋冷水预冷（但注意做好骨料含水率的测定及施工配合比用水量的调整），亦可进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒。②水泥生产出厂后，应停置冷却一周时间后方可使用。③尽量缩短混凝土的运输时间，运输罐车如具备条件，也应设置避阳设施。④使用冷水搅拌，掺加相应的缓凝型减水剂。

4.2加强施工中温度控制

①在混凝土浇筑完，表面处理好之后，立即用塑料薄膜及土工布覆盖。塑料薄膜及土工布具有很好的保温作用，同时对混凝土还具有明显的保湿效果。这样混凝土表面可以持续保持湿润状态，缓慢降温，混凝土徐变特性得到充分发挥，从而降低温度应力。采用表面覆盖隔热保护的方法，避免表面降温过大，起到了降低内外温差防止裂缝的作用。②鉴于混凝土表面有竖向钢筋，无法放置板材保温材料，混凝土浇筑后采用蓄水保温。根据《大体积混凝土施工标准》（GB50496-2018）计算蓄水保温的厚度，安排专人进行管理。混凝土养护时间不少于14d，并延迟侧模拆除时间，侧模拆除时间不早于7d，采用带模养护，降低混凝土降温时间和速度，充分利用混凝土的“应力松弛效应”。③进行混凝土温度测量，根据混凝土测温数值变化情况，适时调整蓄水保温层厚度，控制混凝土表面温度，从而降低混凝土里表温差，减小温度梯度。确保混凝土里表温差控制在25℃以内，表面温度与环境温差均控制在20℃以内，保持降温速率2℃/d，控制混凝土温度陡降不超过10℃。通过加强测温和温度监测管理，以有效遏制有害裂缝出现。④严格按照混凝土浇筑施工工艺，安排各施工工序，确保混凝土在浇筑过程中能分层分段进行，便于散发混凝土水化热，降低温升峰值。

4.3提升混凝土的极限拉伸强度

①精选混凝土粗骨料，严格控制其含泥量，骨料级配良好。通过加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度，增加抗拉强度，减小收缩变形。②混凝土拌制采取二次投料法、浇筑采取二次振捣法，排除混凝土因泌水形成的空隙，提高握裹力，增强混凝土抗裂性；浇筑后及时排除混凝土表面泌水，加强早期养护，提高混凝土早期抗拉强度及弹性模量。

5温度测量与数值结果分析

5.1温度测量

①结合振动台基础结构几何特点以及混凝土分层浇筑施工情况，在待浇筑混凝土中布置测温点位。以第二次浇筑基础混凝土为例，混凝土浇筑厚度2.82m，测温位布置平面图，见图4所示。每个测位沿混凝土浇筑体厚度方向布置5个测温点，分别为混凝土上、中、下部及上中、下中部位，上、下部传感器分别距混凝土上、下表层50mm～100mm，测点竖向间距不宜大于500mm，见图5所示。温度传感器采用热敏电阻性，与结构钢筋及固定架金属体隔离，固定牢固。此外还在混凝土表面及保温层内，用水银温度计测量混凝土表面温度及距混凝土面1.5m高的大气温度。②根据现场实际情况，入模温度测量，每台班不少于2次。采用直接测温法测量混凝土竖向上、上中、中、中下、下部温度，将温度测试仪的测温接口与温度传感器导线连接，分别测量各测点的温度，并作记录。测温次数为：混凝土浇筑后每15min～60min测温一次并记录。当降温速率大于2℃/d或每4h降温大于1℃，表里温度大于25℃时应报警，及时调整优化温控措施。当混凝土内部最高温度与外界环境温度之间差值连续3d小于25℃时，且混凝土温度降低速率小于2℃/d时，且表里温差小于25℃规定，停止测温。

5.2数值结果分析

测温结束，进行数据整理，绘制各测点温度变化曲线，编制温度监测报告。从混凝土基础表里温度变化曲线可以看出，浇筑完2d～3d后，中部测温点温度上升速度明显加快，达到温度最高点，而后期温度则缓慢降低。从图6可知，3#测温位混凝土内部最高温度73℃，此测温位里表温差达25℃，7d区间混凝土里表温差变化范围15℃～25℃。从图7可以看出，5#测温位混凝土内部最高温度达72℃，此测温位里表温差达24℃，其混凝土里表温差7d区间变化范围20℃～25℃。均符合《大体积混凝土施工标准》(GB50496-2018)的要求。通过以上混凝土测温度里表温差数值结果分析可以看出，采用一系列控制裂缝措施，可以有效地控制大体积混凝土的里表温差。

6结束语

对于大体积混凝土施工裂缝质量控制，应根据工程特点，综合采取一系列措施，诸如混凝土原材料的选取、配合比及浇筑工艺设计、温度控制与监测、保湿养护等，完全能控制大体积混凝土的施工质量。经观察，混凝土设备基础未出现裂缝，混凝土质量控制适宜有效，满足设计要求，可为类似工程施工提供参考借鉴。

参考文献

[1]GB50496-2018,大体积混凝土施工标准[S].

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[3]GB50204-2015,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[4]张自平,程绍革,贺军,等.大型模拟地震振动台大体积混凝土基础施工裂缝控制[J].工程抗震,2004(02):28-30.

[5]方子明,黄福云,陈宝春,等.福州大学地震模拟振动台三台阵基础设计与施工研究[J].福州大学学报(自然科学版),2013,41(04):807-812.

[6]安徽建科院,抗震检测室振动台压力机基础工程大体积混凝土专项施工方案[R].合肥:安徽三建工程有限公司,2018.

作者：康建军 单位：安徽三建工程有限公司