聚丙烯纤维混凝土在超高层建筑基础施工中的应用.pdf

c 誉 霎 蘩 瞳 熬瑟 藿 藜 鍪 鎏 囊 攀 羹 季 黎 雾 ； j 蠢 曩 i 。 。 。 1 。 警 i 饕 豢 蠢 聚丙烯纤维混凝土在超高层建筑基础施工中的应用 黄桐 汪清波 周小三 王树春 深圳市建安 ( 集团 ) 股份有限公司 深圳 5 1 8 0 4 0 摘要：结合在超高层建筑基础底板中使用聚丙烯纤维混凝土浇筑成功的应用实例，介绍了聚丙烯纤维混凝土的配制 以及其浇筑方法和裂缝控制的办法，值得裂缝控制和耐久性要求较高的高层建筑基础施工借鉴。 关键词：超高层建筑 ；基础施工；聚丙烯纤维混凝土；裂缝控制；配合比设计；浇筑方法 中图分类号：T U 5 2 8 5 7 2 文献标志码：B DOI ：1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 6 0 3 0 2 8 P o l y p r o p y l e n e F i b e r Re i n f o r c e d Co n c r e t e Ap p li e d t o F o u n d a t i o n Co n s t r u c t i o n o f Su p e r Hi g h Ri s e B u i l d i n g HU ANG To n g W ANG Qi n g b o ZHOU Xi a o s a n WANG Sh u c h u n S h e n Z h e n J i a n a n ( G r o u p ) C o ， L t d S h e n z h e n 5 1 8 0 4 0 Alb a c t ： Co mb i n e d wit h a s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n e x a mp le o f p o l y p r o p y l e n e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e t o f o u n d a t i o n s l a b o f s u p e r h i g h - r i s e b u i ld i n g ， t h e p r e p a r a t io n o f p o ly p r o p y l e n e f i b e r r e in f o r c e d c o n c r e t e ， t h e p o u r i n g me t h o d a n d t h e c r a c k c o n t r o l me a s u r e s h a v e b e e n i n t r o d u c e d ， wh i c h is wo r t h y a s a r e f e r e n ce f o r t h e fou n d a t i o n c o n s t r u c t i o n o f h igh - r i s e b u i ld i n g wit h h ig h e r r e q u i r e men t s o f c r a c k c o n t r o l a n d d u r a b i l it y Ke y wo r d s ： s u p e r h ig h r is e b u i l d i n g ； f o u n d a t i o n co n s t r u c t io n ； p o l y p r o p y le n e f ib e r r e in f o r c e d c o n c r e t e ； c r a c k c o n t r o l ； mi x p r o p o rtio n d e s i g n ； p o u r i n g me t h o d 近年来随着对混凝土结构美观和耐久性要求的逐步提 升 ，对建筑裂缝的控制要求越来越 高，聚丙烯纤维混凝土 在裂缝控制上的优点也越来越被人们重视。在普通混凝土 中掺加聚丙烯纤维 ( 图1 )可以抵消部分温度及收缩应力 ， 抑制混凝土 内部裂缝的产生和扩展 ，其乱序分布的聚丙烯 腈纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂 缝的形成 ，显著提升混凝土的抗拉 、抗弯和抗冲击与抗疲 劳性能，使得混凝土结构具有较好的延性。 图1 聚丙烯纤维 聚丙烯腈纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱序分布 的聚丙烯腈纤维所形成的一种新型的多相复合材料 ，是解 决混凝土裂缝问题的一个有效途径 。 作者简介：黄 桐 ( 1 9 8 6 一 )，男，硕士 助理工程， 币。 通信地址 ：广东省深圳市福图区竹子林竹盛花园憾栋奎 O l1 ( 5 1 8 o )。 收 稿 日期 2 0 1 5 -1 2 - 2 1 四建 筑 施 工 第 3 8 卷 第 3 期 1 工程概 况 深圳创智天地大厦 ( 图2) 位于深圳南山科技 同南区 内 ，项 目西侧 、北侧为科技南一路 ，南侧为科技南二路 ， 地段紧邻轨道交通1 号线深大站 ，西侧与深大校 同隔路相 望 ，东侧与储能大厦 ( 高3 3 3 m) 共用红线。总用地面积为 5 6 5 4 8 m ，建筑由2 栋3 6 层 、高1 5 9 2 m ( B 座 ) 和3 9 层 、 高 1 4 4 2 m ( A 座 )的双子 塔及 1 0 层 、高3 9 4 m的裙楼 组 成 ，地下3 层 ，总建筑面积9 4 7 4 9 4 9 m ，采用钢筋混凝土 框架核心筒结构。 图2 深圳创智天地大厦效果图 本 工程地 下室3 层 ，地 下室底板 为筏板 基础 ，地下 室底板面标高一 l 3 5 m，底板厚一般为8 0 0 mm ( 裙楼范 围 )，主塔楼范围地下室底板厚1 2 0 0 1 T i m，核心简底板厚 2 0 0 0 m m。地下室底板基坑开挖深度一般 为1 4 4 m，塔楼 黄桐 汪清波 周小三 王树春：聚丙烯纤维混凝土在超 高层建筑基础施工中的应用 核心筒最大开挖深度为2 0 9 r n ，核心筒部位因有集水坑， 其筏板局部最大厚度为7 3 m ，核心筒其他坑中坑局部筏板 厚度一般为5 8 m、4 7 m等。 基 坑 平 面形状 呈 不规 则 形平 面尺 寸 ：基 坑北 边长 3 6 4 m、基坑西边长 1 3 1 9 m、基坑南边长4 4 7 m、基坑 东边长1 2 0 1 m，基坑周边长度约3 3 3 1 m，占地面积约 5 6 5 4 8 m ，基坑周边采用南北两侧旋挖桩、三管旋喷桩、 西侧咬合桩止水帷幕加基坑内2 道钢筋混凝土水平内支撑梁 板支护方案。地下室承台和底板混凝土强度等级为C 3 5 ， 抗渗等级为P 1 0 。 2 工程特点 本工程为建设方用来作为工业研发中心的建筑，北侧 地下室将作为特殊设备安置场地，因此要坚决杜绝底板渗 水等问题 。基于此 ，设计方和施工方商议利用低水化热的 聚丙烯纤维混凝土和后期养护来提高混凝土的整体性和抗 裂缝能力。因此在混凝土中添加聚丙烯纤维混凝土的情况 下，需降低原材料的水化热，控制混凝土入模温度，并对 养护期 间的混凝土表层及内部温度差进行实时监控。 3 混凝土施工方案选择 1 )由于受邻近储能大厦提供北端支撑条件的时间限 制，地下室底板拟采取南、北2 区分阶段独立施工，分区各 段施工时，现场拟设2 台混凝土地泵 ，根据预拌混凝土产家 运输能力和距现场距离情况，所需混凝土搅拌运输车台数 为6 台。搅拌运输车单程运送时间宜在1 5 h 内完成。当最高 气温低于2 5 时 ，单程运送时间可以延长至2 h 。 2 )混凝土浇筑从低处开始 ，沿长边方向 自一端 向另 一 端推进，南区混凝土浇筑从南向北推进连续浇筑至后浇 带 。北区混凝土浇筑从北向南推进连续浇筑至后浇带。后 浇带按设计规定时间，整理和清理后再行浇筑混凝土。当 混凝土供应量有保证时 ，可多点同时浇筑。底板厚度在 2 0 m以内，采用整体推移式连续浇筑方法，即 “ 分区定 点、循序推进 、一个坡度 、一次到顶”的方法进行混凝 土 浇筑施工 ，使得混凝土成扇形状往前流动 ，浇筑过程中必 须在坡面上连续浇筑 ，循序推进 。尽量使每批次混凝土都 覆盖在前一批次混凝土形成的坡面上，确保每层混凝土之 间的浇筑间歇不超时。当核心筒 、集水坑局部底板厚度大 于2 0 m时 ，采用整体分层连续浇筑的施工方法 ，分层厚度 以3 0 0 5 0 0 mm为宜 ，分层浇筑的间歇时间不得超过混凝 土的初凝时间。整体分层连续浇筑方法的优点主要有以下 几方面 ：一是混凝土一次需要量相对较少 ，便于振捣，易 保证混凝土的浇筑质量 ；二是可利用混凝土层面散热 ，对 降低聚丙烯纤维混凝土浇筑体的温升有利；三是可确保结 构的整体性【 3 。 4 聚丙烯纤维混凝土配合比设计 通过配合比的合理设计来减少混凝土收缩是混凝土裂 缝控制的主要方法之一 ，最终决定本工程所用混凝土的水 灰比为0 4 0 ；粗骨料选用粒径0 5 0 3 1 5 c m的碎石 ；细骨 料选用表观密度2 6 1 0 k g m 。 ，细度模数约2 7 ，含泥量1 1 的中砂 ；砂率为3 5 ；掺合料选用粉煤灰 ，其质量约占 胶凝材料的4 0 ；聚丙烯腈纤维长2 8 3 0 m m，等效直径 0 4 0 5 mm，长径比约6 0 ，体积率为0 2 ；拌和用水采用 饮用 自 来水 ，不溶物含量2 0 0 0 mg L ；外加剂选用N 型减 水剂和U E A系列微膨胀剂，N 型减水剂掺量为水泥用量的 2 3 4 ，U E A 系列微膨胀剂掺 量为水泥用量的8 。混凝土 中氯离子含量不大于0 0 6 ，7 d 水化热不大于2 5 0 k J k g ， 初凝时问为8 1 0 h ，坍落度控制在1 2 0 1 6 0 m m。 1 ) 本工程采用中 、低水化热水泥 ，通过添加粉煤灰 以达到减少水泥用量的 目的，同时根据规范合理利用减水 剂来降低水泥的用量，以达 到降低水化热的同时减少混凝 土后期干缩的目的。 2 ) 在进行混凝土配制前，混凝土搅拌站必须严格地进 行混凝土配合比的试配 ，在诸多试配的基础上进行优选混 凝土配合比，同时针对计算所提出的试验室的配合比，还 要在混凝土浇筑前进行配合比的试拌 ，以满足混凝土技术 规范中施工和耐久性的要求。聚丙烯纤维混凝土投料顺序 为 ：水一纤维一细骨料一粗骨料 ，搅拌 1 m i n 后加入水泥和 粉煤灰搅拌。搅拌目标以聚丙烯纤维在混凝土中分散均匀 为佳 。 5 聚 丙烯 纤维混凝 土质量控制 1 )因为入模温度是温升的基础，所以入模温度控制的 好坏对于控制混凝土的裂缝问题非常重要 。混凝土的入模 温度低 ，其内部温度就低 ，在混凝土从初凝到终凝的过程 中就会减少因为热胀冷缩所产生的裂缝，一般来讲从搅拌 站开始，应尽量降低原材料的温度以达到控制混凝土入模 温度的目的。 2 ) 浇筑完毕后用测温方法来进行混凝土裂缝控制，为 了便于进行相应的竖向剖面测温点温度变化的比较 ，选择 具有代表性的2 个通过中部区域的竖向剖面设测温点进行测 温。竖向测温剖面的周边及以内部位应设置测温点，周边 测温点设置在距离周边表面内6 0 mm位置处；为了方便相 邻2 处测温点温度的比较，竖向剖面上的周边及以内部位的 测温点上下、左右对齐。为了合理反映2 点之间的温差，测 温点间距取 1 8 m。本工程环境测温点的温度与混凝土表面 以内2 0 0 m m位置的温度差值是决定覆盖养护结束的依据。 环境温度测温点距离混凝土结构周边一定距离，以保证不 受混凝土结构温度影响 ( 图3 ) 8 -9 o 3) 通常混凝土温度上升在第2 4 天达到峰值，混凝 2 0 1 6 R R l ll l i n n n n e t r - I t ； 商 黄桐 汪 清 波周 小 三 王 树 春 ： 聚 丙 烯 纤 维 混 凝 土 在 超 高 层 建 筑 基 kg _r- 中 的 应 用 9 圈3 测温点的布置 土测温频率为每3 h 进行1 次。从第7 天开始至测温结束时段 的混凝土测温频率为每6 h 进行 1 次 。根据规范规定 ，混凝 土在施工和养护过程中的最大温度不宜大于5 0 ，且其降 温速度不宜大于2 K d 。当所设测点温差不大于2 5 K时，可 以停止对混凝土的温控养护，但测温还应持续一段时 间， 以免短期内天气急剧变化产生巨大温度应力，当温差小于 2 0 K 时测温停止 。每次测温结束后要及时提供测温结果 ， 进行测温结果分析后形成包含各测温点的温度数据、代表 点位的温度变化曲线的报告，对温度变化的趋势进行统计 分析 ，并对分析结果做出相应的判断。 4) 在混凝土覆盖塑料薄膜养护开始之前 ，为避免混凝 土浇筑后裸露表面产生塑性收缩裂缝 ，在终凝前进行抹面 处理 ，混凝土采取的压面原则是采用2 遍木抹子搓平，并且 根据现场条件 ，压面至压不动时为止 。混凝土拌和料从浇 筑到初凝这一期间，由于粗骨料和水泥砂浆下沉 ，导致水 分上升 ，容易在混凝土表面泌水 ，使混凝土表面含水量增 加 ，继而产生浮浆 ，因为此处水灰比较之于混凝土构件底 部更大 ，在其硬化后 ，面层混凝土强度低于下部的混凝土 强度 。为保证结构受力的均匀性 ，当混凝土施工在采用分 层浇筑工艺时 ，必须清除混凝土表面的泌水和浮浆，否则 会影响上下层混凝土之间黏结力，进而影响到钢筋和混凝 土握裹力，最终在混凝土表面产生裂缝。因此本工程采用 派专人用泵随时将 积水抽 出，并及时将混凝土表面浮浆清 除的方法来避免裂缝的产生 ( 图4 )。 图4 混凝土表面搓平及抹平 5 ) 在混凝土抹面处理以后应及时覆盖塑料薄膜进行养 护。为了避免干缩，在养护时塑料薄膜与混凝土之间应该 具有充足的水分，所以在塑料薄膜覆盖以前对混凝土覆盖 面应用适当温度的水进行喷雾处理。混凝土在保温养护阶 段 ，要经常检查最下一层塑料薄膜下的水分 ，一旦发生缺 固建 筑 施 工 第 3 8 卷 第 3 期 失水分的情况 ，应赶紧进行喷雾加水处理。 6 ) 如果施工温度及其他条件相同 ，为了避免聚丙烯纤 维 出现拉毛现象 ，混凝土的假缝锯割和压纹应比一般混凝 土滞后0 5 1 0 h 。一般应在施工过程中根据现场温度 、条 件及工程经验的基础上进行具体确定 。 6 结 语 与普通混凝土相比 ，在聚丙烯纤维混凝土表面保护层 材料中，因为存在聚丙烯纤维将使混凝土失水面积减少， 水分很难向混凝土表面迁移，从而让毛细管失水收缩形 成的张力减小 ，避免了干缩裂缝的产生和扩展。聚丙烯 纤 维在混凝土 中乱序分布 ，有助于减少混凝土的塑性收缩问 题。同时 ，聚丙烯纤维能有效地增加混凝土 的韧性 ，抑制 了混凝土结构在荷载作用下微裂缝的产生和发展。数量巨 大的纤维单丝在混凝土结构中形成的支撑体系 ，减缓了骨 料的离析和混凝土的表层泌水。混凝土抵抗开裂的塑性抗 拉强度依靠纤维材料与水泥浆之 间界面的吸附黏结力、机 械啮合 力等得到了大幅度的提高。聚丙烯纤维混凝土抗折 强度性能比普通混凝土增加达到3 1 以上 ，然而我们也要 注意 ：过高的聚丙烯纤维掺入量不仅对提高混凝土抗折强 度无益 ，而且会增加施工成本。聚丙烯 纤维混凝土基础底 板在后期的运营中并未发现裂缝和渗漏问题。 本工程对混凝土裂缝的严格控制不仅满足了建筑结构 美观和实用的要求 ，同时也使混凝土结构耐久性能有了极 大的提高。 K参考文献 口 【 1 樊仲 勋 高层建筑深基坑 地下室紧临地铁 车站 的施 工变形控 制U 建 材技 术与应 用， 2 0 0 8 ( 1 ) ：2 2 2 4 【 2 】 陈德发， 张文磊 紧贴地铁隧道的建筑深基坑施工技术措施【 J 建筑 施 工2 0 0 7 ( 1 0 ) ： 7 5 3 7 5 5 f 3 13 程红强， 高丹盈 聚 丙烯纤 维混凝 土冻融损伤试验研 究U 】 东南大学 学报 ： 自然科 学版， 2 0 1 0 ( $ 2 ) ： 1 9 7 2 0 0 4 】 李新星 邻近基坑开挖的运营地铁车站结构安全度分析U 】 岩土 力学，2 0 O 9 ( s 2 ) ： 3 8 2 3 8 6 5 李庆梅 商品混凝土裂缝控制探究U 福建建材，2 0 1 0 ( 1 ) ： 5 3 5 5 【 6 J 朱榆 混凝土断裂及 阻裂理论的研究ID】 大连： 大连理工 大学， 2 0 0 9 7 陈萌 混凝 土结构 收缩裂缝 的机理 分析 与控 制【 D】 武汉 ： 武汉理 工 大学，2 0 0 6 8 刘克亮 聚丙烯纤维混凝土在预应力水处理构筑物中的应用U 1 黑龙 江科技信 息， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 2 9 4 9 陈攀， 李志乾， 王伟 聚丙烯纤维混凝土在巴家咀水库除险加固工程 中的应用U J 水利水 电工程设计， 2 0 0 9 ( 3 ) ：2 9 4 1 q 李光伟 聚丙烯纤维对混凝土抗裂性能的影响U 】 水电站设计， 2 0 0 2 1 2 ) ：9 8 1 0 0