法门寺合十舍利塔超高超厚特殊型钢混凝土结构C60高性能混凝土施工工法.docx
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法门寺合十舍利塔超高超厚特殊型钢混凝土结构C60高性能混凝土施工工法
法门寺合十舍利塔超高、超厚特殊型钢混凝土结构C60高性能混凝土施工工法
1.前言
法门寺合十舍利塔工程总高148米,型钢混凝土结构,混凝土强度等级为C60,工程设计使用年限为100年,无论是结构还是装饰装修、机电安装,都要满足耐久年限的要求。
施工过程质量控制较之常规建筑,需要制定更高的标准和更加严格的控制措施,通过技术攻关,采用高抗氯离子渗透性的高性能混凝土技术,提出“增设抗裂措施及合理划分施工段以优化设计、优选原材料科学设计配合比、严控混凝土浇筑和养护”,利用高性能混凝土具有的高强度、高耐久性、高流动性等诸多方面的特点来优化混凝土施工方案。
研究开发了《高强混凝土结构耐久性控制施工工法》,结构耐久性全过程控制技术作为法门寺合十舍利塔工程施工关键技术之一,《法门寺合十舍利塔工程结构施工关键技术研究及应用》2008年11月,通过了陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。
该成果其综合技术达到国际先进水平。
本工法具有创新性,,在法门寺合十舍利塔工程中取得了良好的经济与社会效益,对保证混凝土结构耐久性施工质量起到了决定性作用。
2.工法特点
2.1确保混凝土强度的前提下,选择发热量低、碱含量低的水泥,并在配合比中最大限度减少水泥用量,加大优质粉煤灰掺入量,利用宝鸡电厂Ⅱ级粉煤灰成功配制出C60高强混凝土。
2.2延长混凝土搅拌时间,并定量描述了对混凝土拌合物坍落度、扩展度、倒置流空时间、坍落度损失等应达到的性能要求。
2.3对震动棒振捣不到的部位采用橡皮锤敲击模板进行人工表面振捣,以增加混凝土的密实度,同时减少混凝土表面气孔。
2.4严控混凝土保护层厚度、增设混凝土表面防裂网,提高了混凝土本身的护筋性能。
2.5合理划分施工流水段,一般按墙体高度不大于6米,长度不超过25米的要求施工。
3.适用范围
本工法适用于有耐久性要求的高强混凝土结构中的混凝土施工。
4.工艺原理
4.1通过保护层厚度控制以及混凝土表面防裂措施的实施,提高混凝土本身护筋性能,从根本上提高混凝土结构的耐久性。
4.2混凝土拌合物中所掺加的优质粉煤灰具有水化活性,可直接进行水化或与水泥的水化产物进行水化反应,所生成的水化产物不仅可以改善水泥石的孔结构,而且其水化产物可以结合和吸附部分渗入的氯离子,从而可以显著提高混凝土的抗氯离子渗透性能。
4.3选用与水泥、掺合料相匹配的高效减水剂,使得混凝土拌合物在低水胶比时既具有较高的流动性以满足混凝土浇捣密实的要求,也能获得较高的强度。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程如图5.1所示。
图5.1施工工艺流程图
5.2施工准备
5.2.1原材料选择
1、水泥选用P.O42.5低碱水泥,含碱量小于0.6%,C3A含量不超过8%,细度2%~5%不宜过细。
水泥进场时应提供相应的质量证明,进场后要对其性能进行相应的复验。
2、粉煤灰采用Ⅱ级优质粉煤灰,并应满足以下指标要求:
含水量(%)≤1
需水比(%)≤95
烧失量(%)≤2
三氧化硫含量(%)≤3
细度(45um)方孔筛(%)≤20
碱含量(%)<1.5
氯离子含量(%)<0.02
3、粗、细骨料石子宜采用5㎜~10㎜,10mm~20mm双级配碎石,针、片状含量不宜超过5%;压降值小于8%反击破碎产品。
砂子宜采用级配良好,细度模数大于2.6的Ⅱ区中砂含泥量小于2%。
粗、细骨料均应进行碱活性检验。
4、外加剂外加剂应通过与水泥的相容性试验,并进行外加剂之间的相容性试验。
不得对钢筋产生锈蚀或潜在危险,氯离子含量小于0.02%,碱含量小于1.5%。
对高强度、大流动性泵送混凝土,宜采用第三代聚羧酸系(PCA)高效减水剂。
5、拌和水宜采用饮用水;当采用其它水源时,水质应符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》(JBJ63)的规定。
5.2.2优化配合比设计
多次通过对不同水泥、水灰比、水胶比及外加剂的组合试验,尽量减少水泥用量,最大限度掺加粉煤灰,求得最优化配合比。
各组分掺量最终由实验室确定。
表5.2.2为参考配合比。
表5.2.2C60高性能耐久混凝土施工配合比
强度等级
坍落度mm
材料
名称
水
kg
水泥
kg
砂kg
大石10~20mm
kg
小石5~10
mm
粉煤灰kg
高效减水剂kg
膨胀剂
kg
水胶比kg
C60
220±20
用量
160
395
746
783
336
130
5.0
25
0.28~0.31
重量比
0.37
1
1.89
1.98
0.85
0.33
0.018
0.063
注:
上述配合比应根据气候条件,到达现场的外加剂性能、砂含水率、含石率、石子粒形级配在保持水胶比稳定前提下,加以调整满足混凝土各项性能的要求。
5.2.3现场准备
1、组织准备
为了在混凝土浇筑过程中,每时每刻都有管理人员在场,管理人员需分成2个班组进行指挥、协调,每个班组按照搅拌站管理、地泵管理、作业面管理、现场车辆指挥、混凝土试验等不同工作内容责任到人。
施工前,进行技术、安全交底,明确各施工作业人员的岗位责任,保障混凝土浇筑不间断进行。
2、资源准备
在正式施工前,施工单位在完成水泥、砂石产地资源调查的工作基础上积极落实好混凝土原材料供应及各种设备保障,并做好设备维修保养的准备工作。
所有机具均应在浇筑混凝土前进行检查,同时配备专职技工,随时检修。
针对资源运输距离及季节性生产的情况,应建立预均化砂石堆放场,以保证工程的顺利进行。
3、技术准备
成立专项混凝土技术攻关小组,形成施工方案后安排面向全体管理人员的技术交底并征求意见,在混凝土浇筑前向作业人员进行技术交底。
编制各项应急预案,防止出现意外事件影响混凝土浇筑工作的顺利进行。
5.2.4制定高强混凝土防裂措施
施工单位技术部门应及时与设计院进行沟通,根据工程特点制定高强混凝土防裂措施。
一般情况下,高强混凝土表面防裂可采用以下措施:
在钢筋外侧增设一层防裂网,防裂网采用钢丝拧花网片或电焊网片,为确保混凝土能够通过,防裂网网眼宜选择3cm~5cm。
5.3混凝土拌制
5.3.1对现场新建搅拌站工作人员进行系统培训。
5.3.2拌制每盘混凝土各组成材料计量结果的允许偏差为:
1)水泥、粉煤灰±1%;2)粗、细骨料±2%;3)水、外加剂±1%。
固体材料计量按质量计,液体材料按体积计。
5.3.3要求使用经检定在有效期内的计量器具,保证计量正确。
5.3.4每一工作班正式称量前,要求对计量设备进行实物计量检查。
5.3.5生产过程中要求测定骨料的含水率,每一工作班不少于1次,当含水率有较大变化以及雨天施工时,要求增加测定次数,依据检测结果及时调整用水量和骨料用量。
5.3.6严格控制拌制时间,搅拌完成后进行坍落度测定和观察混凝土的和易性。
对高性能耐久混凝土应延长搅拌时间至120秒。
5.3.7混凝土坍落度宜控制200mm~220mm内;扩展度450mm~600mm;倒置流空时间5s~15s;凝结时间:
初凝8h~10h,终凝12h~14h;坍落度损失:
30分钟要小于20毫米。
夏季应严格控凝结时间和坍落度损失,冬季应严格控制拌合物温度,入模温度大于10℃以保证其具有较高的流动性。
5.4箱形柱混凝土浇筑及辅助振捣
型钢混凝土结构中箱形柱混凝土浇筑,应在墙体模板安装前利用箱形柱上部留设的混凝土灌注孔、采用串筒下浆,辅以外部振捣。
为确保柱内混凝土密实,箱形柱内混凝土浇筑速度不宜过快。
混凝土浇筑时,采用震动棒在灌注孔、箱梁侧面等部位进行振捣,对震动棒振捣不到的部位采用橡皮锤敲击模板进行人工表面振捣,以增加混凝土的密实度,同时减少混凝土表面气孔。
5.5墙、板混凝土浇筑
5.5.1混凝土保护层厚度是影响结构耐久性的重要指标,混凝土浇筑前应仔细检查模板、钢筋、预埋件、预留孔、保护层垫块等的位置、规格和数量,对于外墙外侧,保护层厚度应减少负偏差的出现。
5.5.2按照预先制定的混凝土浇筑施工方案进行墙、板混凝土的运输与浇筑,浇筑过程中应随时观测混凝土的和易性,并在混凝土出料口对其坍落度进行检测,掌握坍落度损失情况。
墙体混凝土浇筑时重点控制浇筑速度,移动下料通过控制浇筑实际高度来控制浇筑速度,一般宜0.3m/h~0.6m/h,出料口应及时挪动,防止局部混凝土堆积过高。
需注意在混凝土浇筑过程中,模板内外应及时采取辅助振捣措施,利于混凝土中气泡排放,确保混凝土密实。
在墙体浇筑达到标高时,静停1小时后应清除墙上表面浮浆。
5.6混凝土养护与试块的留置
5.6.1混凝土养护及保温
1、混凝土浇筑完毕后,为保证混凝土表面水分不会过早蒸发,应及时使用塑料薄膜对墙、柱上口实施有效覆盖,然后在薄膜上覆盖保温毡进行保温。
严格按墙体施工过程中的高度外挂棉毡,一般在浇筑完成24小时后钢模板外挂棉毡,木模板一般在浇筑完成后春夏秋季可不挂,冬季温度在0℃时12小时内;-5℃时3小时内;-10℃时1小时内挂棉毡一层。
2、根据季节、模板类型、墙体厚度不同,制定不同的拆模时间,不得随意拆除墙体模板。
对于1.0m~2.5m厚墙、柱应进行温度检测。
采用计算机实时检测混凝土内部温度系统,了解不同高度、厚度混凝土内、外温差及降温速率,以指导养护作业。
3、墙、柱拆模后,应及时使用塑料薄膜对其表面进行包裹,并按照大体积混凝土要求进行及时养护。
养护时间应大于14天。
在养护保温过程中,进行大体积混凝土测温工作,通过测温记录与保温覆盖措施,确保混凝土内外温差不超过设计要求。
5.6.2试块的留置与养护
施工现场应设置不小于20平方米的自动调温、调湿标准养护室。
现场专人负责按规范规定批量留置试块、标准养护。
按规定和测试不同龄期承台的实际混凝土强度,施工现场必须另外留置同条件养护试块,试块按规范留置。
6.材料与设备
6.1主要材料
水泥、粉煤灰、砂、石、外加剂(减水剂采用聚羧酸盐高效减水剂)、饮用水、塑料膜、保温毡等。
6.2施工用具
主要机具设备见表6.2
表6.2主要机具设备
机具名称
型号
数量
单位
混凝土搅拌机
1m3
2
台
装载机
1
辆
混凝土输送泵
3~4
台
混凝土罐车
6~8
辆
插入式震动棒
5~8
个
附着式震动器
8~10
台
串通
3~4
个
卷尺
5m
5
把
6.3使用的仪器
水准仪、托盘天平、磅秤、混凝土测温仪、坍落度筒
6.4按工程实际混凝土需要量,如在城市内则应采用现有的预拌混凝土产品,如远离城市则应自建混凝土搅拌站。
7.质量控制
7.1混凝土工程施工质量按《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204)、《混凝土强度检验评定标准》(GBJ107)、《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146)、《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》(JGJ28)的有关规定执行。
7.2质量保证措施
7.2.1按混凝土的性能分别满足下列要求:
1、原材料性能检测;
2、混凝土拌合物的质量检测(坍落度、扩展度、倒置流空时间、凝结时间、拌合物温度);
3、混凝土试块抗压强度;
4、混凝土构件密实度检测;
5、快速冻融试验;
6、抗氯离子渗透性(电通量法);
7、抗碳化性能;
8、抗裂性能试验。
7.2.2质量记录
除按照普通混凝土要求形成的质量记录外,耐久性混凝土施工还应形成以下质量记录:
1、混凝土厚墙温度检测报告;
2、混凝土构件超声波检测记录;
3、混凝土试块快速冻融试验报告;
4、混凝土试块电通量试验报告;
5、混凝土试块抗碳化性能试验报告;
6、混凝土试块抗裂性能试验报告。
8.安全措施
8.1主要危险源
贯彻本工法有以下主要危险源:
高空坠落、物体打击、触电、机械伤害。
8.2危险源防治措施
8.2.1混凝土施工前,应仔细检查作业通道,高处作业应采取防坠落措施;夜间浇筑混凝土时要保证有足够的照明。
8.2.2采用泵管输送混凝土时,输送管线宜直,转弯宜缓,接头要严密,固定牢固,防止泵管爆裂;混凝土浇筑时要有专人进行指挥泵管的端部下料,严禁管口直接对人。
8.2.3混凝土振捣操作人员必须佩带绝缘手套。
8.2.4机械设备的操作人员必须持证上岗,按有关安全操作规程操作。
使用前应对设备进行检查维修,严禁设备带故障运行。
9.环保措施
9.1环境因素
贯彻本工法有以下环境因素:
噪声排放、污水排放和烟尘排放。
9.2环境因素控制措施
9.2.1为降低噪声污染,需要对混凝土振捣点进行隔声处理,附着式震动器应固定牢固,混凝土输送泵采取围护处理。
9.2.2现场应设置排水沟和沉淀池,对施工机械、工具、用具进行清洗时应在规定的地点进行清洗,污水经过沉淀池排放。
9.2.3混凝土搅拌站应采取围护措施,水泥、粉煤灰装卸时应有专人指挥,防止灰尘抛洒。
10效益分析
10.1本工法综合利用粉煤灰这一电厂、发电站固体废弃物符合国家可持续发展的战略,大掺量粉煤灰的应用最大限度的节约了水泥的用量。
10.2优质粉煤灰在混凝土中作为掺合物可以提高混凝土抗渗性能、耐久性能和后期强度,降低了混凝土发热量,提高了建筑物内在质量。
11.应用实例
法门寺合十舍利塔位于陕西省宝鸡市扶风县法门镇。
是陕西重点佛教旅游工程,总建筑面积10.63万平方米(其中夹层2.99万平方米)、设计使用年限大于100年。
本工法先后在法门寺合十舍利塔主塔-14.9m~±0.000m、±0.000m~24m、24m~44m、44m~74m、74~127m不同倾斜度墙、柱混凝土施工中进行了多次应用,经检测,各部位混凝土强度满足设计规范要求;混凝土测温结果符合和设计要求;混凝土表面光滑密实,无可见有害裂缝,感观效果良好。
经耐久性试验检测(快速冻融试验、抗氯离子渗透性试验、抗碳化性能试验、抗裂性能试验等),各项试验结论均满足结构耐久年限100年的要求。
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