大体积钢渣混凝土施工工法

'大体积钢渣混凝土施工工法1前言华能大厦工程地下3层（局部5层），地上11层，中庭部位在F1（建筑标高±0.000m）以上没有竖向结构，该部位基础底板厚1800㎜，采用了C40S10钢渣混凝土，混凝土量为2200m3，设计密度不低于3000kg/m3。压重钢渣混凝土的使用，很好地解决了传统的后期压重施工所导致的施工难度大、施工周期长、成本投入高的问题，同时合理利用钢铁工业废渣（烧结球），符合环保、节约能源，是一项先进的施工技术。经过该工程长达半年的实验室试验、现场试验和施工实践，形成本工法。2特点钢渣混凝土强度等级C40S10，采用的原材料有烧结球和重晶砂，其主要特点是：1钢渣混凝土密度大，设计要求不低于3000kg/m3，是较好的压重材料；2钢渣混凝土坍落度经时损失较大，对钢渣混凝土施工组织提出了更高要求；3钢渣混凝土底板厚度大，属于大体积混凝土，其配合比设计要满足大体积混凝土施工工艺要求；4钢渣混凝土全部采用泵送浇注，其配合比设计要满足泵送工艺要求。3适用范围本工法适用于基础底板压重，结构压重回填和其他需要配重的工程。4工艺原理本工法大体积钢渣混凝土不仅要满足密度不小于3000Kg/m3的要求，而且要满足大体积混凝土施工工艺的要求。大体积钢渣混凝土配合比要进行试配和优化，掺加烧结球和重晶砂，增大混凝土的密度，同时重晶砂的使用能防止重骨料烧结球的下沉，提高混凝土的抗离析性能；减少水泥用量，掺加优质粉煤灰，降低混凝土的水化热；掺加高效外加剂（复合型），改善混凝土的工作度，延长混凝土的凝结时间。钢渣混凝土由于使用烧结球和重晶砂，其坍落度经时损失比普通砼的大，在要求的时间内要完成浇注，现场要加强现场组织与协调，保证砼浇筑过程流畅与连续，满足大体积砼泵送施工工艺要求，同时，钢渣混凝土密度大，泵送压力也大，砼在泵压失水后要具有良好的和易性，以满足施工要求，保证钢渣混凝土施工质量。大体积钢渣混凝土在浇注完成后要做好保温和测温工作，掌握钢渣砼温度变化规律，控制砼内外温差不超过25℃，降低砼表面的温度应力，防止温度应力超过混凝土的抗裂能力而产生裂缝；通过加强砼后期养护，降低砼内外温差，防止混凝土表面产生温度应力裂缝，保证大体积混凝土施工质量。5材料性能与混凝土配合比5.1钢渣混凝土的原材料性能10 5.1.1水泥采用P.O42.5水泥，主要技术指标见表5.1.1。表5.1.1水泥主要技术指标表水泥等级安定性碱含量%3天抗折强度MPa28天抗折强度MPa3天抗压强度MPa28天抗压强度MPaP.O42.5合格0.575.59.123.954.85.1.2粉煤灰采用一级粉煤灰，主要技术指标见表5.1.2。表5.1.2粉煤灰主要技术指标表细度%烧失量%需水量比%碱含量%氧化钙含量%游离氧化钙含量%三氧化硫含量%9.92.0940.202.720.140.475.1.3重晶砂重晶石主要技术指标见表5.1.3。表5.1.3重晶石主要技术指标表筛分析表观密度kg/m3细度模数级配区域2.6Ⅱ区40005.1.4烧结球烧结球主要技术指标见表5.1.4。表5.1.4烧结球主要技术指标表筛分析表观密度kg/m3级配情况公称粒径连续粒级10-25mm40005.1.5外加剂外加剂采用奈系高效减水剂JYB-3，主要技术指标见表5.1.5。表5.1.5外加剂主要技术指标表压力泌水率%塌落度保留值mm28天抗压强度比%碱含量%氯离子%氨含量%放射性30min60min35165160991.320.050.00合格5.1.6膨胀剂膨胀剂采用UEA-HJ膨胀剂，主要技术指标见表5.1.6。10 表5.1.6膨胀剂主要技术指标表限制膨胀率28天抗折强度MPa28天抗压强度MPa碱含量%水中7天%水中28天%空气中21天%0.0300.035-0.0186.848.50.225.2钢渣混凝土配合比5.2.1钢渣混凝土配合比钢渣混凝土配合比见表5.2.1(Kg/m3)。表5.2.1钢渣混凝土配合比表强度等级水胶比水灰比砂率%水泥水C40S100.400.4045.0324Kg180Kg重晶砂石烧结球JYB-3UEA-HJ粉煤灰1067Kg504Kg800Kg18.0Kg36Kg90Kg5.2.2钢渣混凝土配合比相关参数钢渣混凝土配合比相关参数见表5.2.2。表5.2.2钢渣混凝土配合比相关参数表强度等级水胶比砂率%到现场塌落度mm砼碱含量kg/m3氯离子含量%C40S100.4045.0180±202.110.006初凝时间终凝时间3天抗压强度MPa7天抗压强度MPa28天抗压强度MPa容重kg/m313h37min16h24min26.235.540.630196工艺流程及操作要点6.1工艺流程6.1.1钢渣混凝土施工工艺流程钢渣混凝土施工工艺流程见图6.1.1。10 6.2操作要点6.2.1优化钢渣混凝土配合比优化配合比，降低钢渣混凝土本身的水化热，从而降低温度收缩和自缩率。1降低水泥用量钢渣混凝土的水化热与水泥用量有直接的关系，降低钢渣混凝土的水泥用量是降低钢渣混凝土水化热的最有效手段，在保证强度的基础上，尽量降低钢渣混凝土水泥用量,这对降低钢渣混凝土的水化热是非常有利的。2提高粉煤灰的掺量试验和经验表明粉煤灰掺量达20%以上时，能有效延缓钢渣混凝土的水化升温，降低钢渣混凝土的中心温度,同时可大大降低钢渣混凝土的自缩率。在配合比设计时，保证钢渣混凝土的粉煤灰掺量不低于20%。3钢渣混凝土的砂率对钢渣混凝土自收缩影响很大10 一般情况下，砂率越高，钢渣混凝土的塑性收缩越大。在保证钢渣混凝土和易性和施工性能的前提下，尽量降低砂率，增大粗骨料的用量，钢渣混凝土的实际砂率控制在40%～45%。4适当降低配合比水胶比在胶结用量一定的情况下，钢渣混凝土的干缩率与用水量成线性关系。采用60天评定强度时，控制水胶比不大于0.41。5适当延长并合理控制钢渣混凝土凝结时间通过对外加剂的调整，考虑到运输时间，控制钢渣混凝土初凝时间不低于15小时，并保证现场钢渣混凝土浇筑后初凝时间不早于12小时，延缓钢渣混凝土温升速度。6掺入膨胀剂选择并掺入一定量性能良好的钢渣混凝土膨胀剂，使钢渣混凝土本身具有一定的膨胀性以补偿钢渣混凝土在降温过程中产生的温度收缩，能缓解钢渣混凝土温升造成的不利影响。膨胀剂选用UEA-HJ膨胀剂，具有掺量低、碱含量低、膨胀性能稳定等特点。6.2.2泵管支撑架体搭设及泵管固定泵管下基坑段要呈阶梯形，不能直管一下到底。阶梯为两阶，每阶高度约9.6m，长度约8m。架体横向不少于4排立杆，立杆纵横向间距均不大于900㎜，水平杆间距不大于1200㎜，架体四面设剪刀撑，架体内部剪刀撑纵横向均为每隔4道立杆设置一道，架体外围设置钢管斜撑，或用φ12.5钢丝绳拉结牢固，架体与基坑壁间的连墙件按两步两跨设置。泵管支撑阶梯形架体见图6.2.2。图6.2.2混凝土泵管阶梯形布置图6.2.3同条件试泵10 同条件试泵即是在与基础底板钢渣砼浇注相同条件下进行钢渣砼浇注试验，通过试泵检验：阶梯形泵管走向设计是否合理，泵管支撑阶梯形架体搭设是否安全，泵管加固是否稳定，输送泵的泵压是否能满足要求，在经过泵压失水后钢渣砼的和易性是否能满足施工要求，因此同条件试泵是个非常关键的工序，不得省略。试泵砼可以选择非结构用的砼，如基础垫层，防水保护层，或底板后浇带加强带等。经过试泵发现钢渣砼泵送时，泵管晃动明显加强，泵送力度增加，拐折处的弯管要采用1m的大弯管，架体加固点要增加，其他检验项能满足要求。6.2.4底板防水及其砼保护层施工防水卷材要严格按照设计、规范和施工方案的要求进行施工，重点要控制附加层的设置、搭接长度和接缝处理等，严格按照验收标准进行验收。砼保护层施工时要做好卷材的成品保护，砼浇注完成后要加强养护，保证其强度。若采用防水保护层砼试泵，则保护层砼更改为与基础底板相同的钢渣砼，砼浇注后的找平和养护工作要加强。6.2.5底板钢筋绑扎与安装预留预埋底板钢筋绑扎与安装预留预埋要严格按照设计、规范和施工方案的要求进行施工。钢筋绑扎要重点控制：底板上铁、下铁的间距与马凳筋的高度，钢筋直螺纹接头的位置及连接质量，底板钢筋的规格、定位、搭接长度、锚固长度等，底板插筋的规格、定位、接头位置、间距、数量等。底板安装预留预埋要重点控制：防雷引下线的位置、数量和焊接质量等，电气配管的规格、走向、外伸端的保护等，给排水管的规格、定位、坡度等。在底板钢筋绑扎与安装预留预埋施工过程中，要加强对砖胎模侧面和顶部的防水卷材的保护，不得碰损卷材保护层及卷材。卷材保护层局部破损的要采取保护措施，如在砖胎模与钢筋间加设木夹板临时保护。钢渣砼密度大，沉实效应明显。当钢渣砼自身留置施工缝或钢渣砼与普通砼间留置后浇带而分段浇注时，先浇注钢渣砼沉实可能导致底板下部钢筋变形，而使得后浇注砼范围的下部钢筋上翘。当后浇注砼范围的钢筋的另一端也受到约束时（如另一端的砼已经浇注），该段下部钢筋将向上拱起。上翘或起拱的底板下部钢筋会通过上部与下部钢筋间的马凳筋将形变进行传递，最终导致后浇注砼范围的底板上下层钢筋同时起拱，这个现象不容忽视。为了防止后浇注砼范围的底板钢筋发生起拱现象，在钢渣砼浇注范围的底板钢筋施工时，要适当增加底板下部钢筋保护层垫块的数量，同时提高保护层垫块的强度，减小底板下部钢筋因钢渣砼沉实而产生的变形。钢筋保护层垫块宜采用养护好的砼（≥C30）预制垫块，或50㎜见方的花岗岩块，垫块设置的密度要视底板下部钢筋的规格、直径而定，一般不宜大于800㎜。6.2.6基础模板支设基础模板主要有外壁导模和集水坑、电梯基坑等坑体模板，模板的支设质量将直接影响砼的施工质量。因此基础模板要接缝严密、定位与标高准确、线条顺直、加固牢靠，在砼浇注时不得出现跑模、漏浆、下沉的情况。由于钢渣砼密度大，底板基坑模板要视基坑深度，采取强有力的抗浮措施，保证模板的稳固。10 6.2.7钢渣混凝土浇注1浇注方式底板砼浇筑采用斜面分层的施工方法。浇筑时使砼自然流淌形成斜坡，遵循“一个坡度、分层浇筑、循序渐进，一次到位”的浇筑原则。振捣时从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证钢渣混凝土的浇筑质量。斜面分层厚度300mm，在前一次浇筑的砼初凝前，后次的砼要浇注完，并接好茬，以防止产生冷缝。2钢渣混凝土振捣钢渣混凝土采用HZ6-50型插入式振动棒进行内部振捣，对柱墙插筋密集区可以利用HZ6-30型插入式振动棒振捣。振捣方法：振动棒移动间距不大于400mm，快插慢拔，振捣时间15～30秒，但还应视砼表面不再明显下沉、不再出现气泡、表面泛浆为准，而且要插入下层砼50mm左右，以消除两层之间的接缝。3泌水和浮浆的处理对大体积砼施工由于采取分层泵送浇筑，两层之间间隔较久时，分层之间很容易产生泌水或浮浆，且泌水与浮浆会流淌到分层脚部聚集，对钢渣混凝土质量造成影响，因此要组织人员随时清理，对较多的泌水与浮浆采用真空泵吸取抽走，排出底板外。6.2.8钢渣混凝土养护与测温1钢渣混凝土养护由于混凝土的凝结时间较长，混凝土的表面容易失水，在混凝土浇注后应及时振捣，局部出面后要及时覆盖塑料布及地毡，以防止水份散失而发生假凝，或产生收缩裂纹。混凝土浇注完毕后，应及时采取保温、保湿措施，控制混凝土的内外温差不超过25℃。在混凝土出面初次抹压时，一定要保证抹压人员的数量，避免来不及收面。在混凝土终凝前局部揭开塑料布和地毡，进行二次抹压，以减少砼表面的收缩裂纹。2钢渣混凝土测温1）测温点布置测温采用电子测温仪，测温点按照轴线网格布置，从第一个网格开始，每隔一个网格设置一个测温点。2）测温导线与探头设置每个测温点设上、中、下3个测温探头，测温探头用导线与测温仪连接。测温探头不得与钢筋直接接触，探头安装完后要进行检查、报验，并进行保护，做出明显的标记，砼浇注时震动棒不得触碰测温点。3）测温要求钢渣混凝土初期升温较快，内部温升主要集中在浇筑后的3～7d，一般在7d之内温升可达到或接近最高峰值。测温项目和测温频次如下：10 （1）测量钢渣混凝土出罐车温度，每车均测；（2）测量施工现场大气环境温度，每6h测记一次；（3）钢渣混凝土浇筑完成后，测量浇筑成型的初始温度，以后按以下要求测量：第1–3d，每2h测记一次；第4–7d，每4h测记一次；其后为8h，直到砼内部与大气温差小于25℃为止。大体积钢渣混凝土施工测温由计量员负责，并按照技术资料表格填好记录，在混凝土养护测温过程中要及时做好信息的收集和反馈工作，遇有特殊情况（钢渣混凝土内外温差接近25℃时）要及时报告，以便加强保温措施。7施工组织7.1机具与设备准备7.1.1钢渣混凝土施工主要机具与设备配备见表7.1.1主要机具与设备配备表序号机具设备名称单位数量备注1拖式高压柴油泵90LB台3其中一台备用2HZ6-50型插入式振动器台20砼振捣3HZ6-30型插入式振动棒台6砼振捣4柴油发电机（150KW）台1停电备用5真空泵台2用于排浮浆6排污泵台5用于抽水7JDC-2型手持式电子测温仪支4砼测温8测温导线与探头个若干埋入砼内7.2人员组织7.2.1成立钢渣混凝土施工协调小组由于混凝土体量大，为了保证混凝土顺利浇筑，项目部需专门设置混凝土施工协调小组，明确组长、副组长及组员的职责。负责现场交通、平面管理、砼浇筑前后台配合、现场外运输及搅拌站砼拌制等的统一协调。7.2.2劳动力组织组织好劳动力，要求施工队伍按两班组织施工，每班劳动力必须满足施工需要，具体如下表：――――后台人员前台人员其他人员备注放料工振捣工布料工找平工养护工测温员应急壮工20人地泵12人6人4人3人2人1人地泵22人6人4人3人表注：此表为单班人员配备数量，砼浇筑共配备两班人员，每班工作8h。8质量控制10 8.1钢渣混凝土质量要求钢渣混凝土质量标准，执行现行国家施工规范中的有关规定。8.2大体积钢渣混凝土的裂缝控制基础底板厚达1.8m，钢渣混凝土内的水化热高，如果钢渣混凝土的内外温差过大将会产生较大的温度应力导致钢渣混凝土裂缝。1优化钢渣混凝土配合比设计，钢渣混凝土内采用粉煤灰取代部分水泥，减小钢渣混凝土的水化热。2施工过程每车检测钢渣混凝土坍落度和出罐温度，使钢渣混凝土符合要求。3做好钢渣混凝土的保温养护，减少内外温差。钢渣混凝土养护派专人负责，记录测温记录，并依据测温记录采取预控措施，保证底板钢渣混凝土内外温差在25℃内。4当砼内部振捣完毕后，用2m长的铝合金刮杠按设计标高进行找平，并随刮随拍打使砼密实。然后用木抹子再反复搓抹找平，使砼面层进一步的密实，在砼初凝后终凝前再用抹子二次抹压，收浆两遍，可有效避免因砼收缩而出现裂缝。9安全、文明施工要求1随技术交底进行安全交底，增强工人的安全意识。2对施工用电进行复核，保证满足浇筑混凝土的用电要求，并对线路进行检查，消除安全隐患。夜间施工采取措施保证足够的照明。3各种设备设置专门开关箱，做到一机一闸，开关箱内设漏电保护器，插座插头要完好无损，电源线不准有破损现象，电线架空设置，不准在放置在底板钢筋上，浇筑混凝土前检查线路，保证用电安全。4混凝土振捣器使用前必须经电工检验确认合格后方可使用。操作人员穿绝缘胶鞋，戴绝缘手套。5在各出入口设交通指挥人员，负责指挥罐车行驶及协调道路行驶情况，保证现场行车安全。10环保要求1在泵车处搭设降噪棚，使用低噪声砼振捣器，尽量降低噪声。2对工人进行环保教育，凌晨与夜间不要喧哗，不要制造噪音，对施工过程中产生的垃圾或废弃物按要求分类存放。3现场各出入口设清洗池，铺设地毡、减少车辆出入带出灰尘。现场经常清扫、洒水，保持清洁，减少扬尘。11效益分析11.1社会效益与传统的后期压重施工方法相比，本工法社会效益如下：10 1大大缩短施工工期。大体积钢渣混凝土分段连续浇注时间只有不超过三天的时间，是后期的压重回填根本无法比拟的。2大大降低施工难度。大体积钢渣混凝土采用泵送施工工艺，机械化程度高，提高了施工效率，传统的后期压重回填仅回填材料的运输就异常困难。3合理地利用了工业的废渣（烧结球），顺应时代潮流，不仅环保而且节约能源。11.2经济效益不采用钢渣砼压重，而采取降板方法，本工法经济效益如下：1若不采用钢渣砼做压重，则需要采取降板处理，在结构完成后在进行回填，回填拟采用天然级配砂石，降板深度为0.8m，则：降板增用钢筋材料与人工费：55.6t×（4200＋260）元/t＝元，降板增用C40S10砼材料、机械与人工费：412.4m3×385元/m3＝元，降板增用防水材料及人工费：515.5m2×124元/m2＝63922元，（防水为1厚水泥基渗透结晶防水涂料、4＋3厚SBS防水卷材）回填级配砂石材料与机械费：1008.8m3×75元/m3＝75660元，回填级配砂石人工费：20人×50.4天×65元/人·天＝65520元，（人工工资65元/天，每人每天完成1m3，20人用50.4天完成）降板增挖土方材料、机械与人工费：（1008.8＋412.4）m3×30元/m3＝42636元，所以降板后将增加元，采用大体积钢渣砼则能产生65.45万元的经济效益。2节省工期48天：48天×50000元/天=元（未计入经济效益，施工合同规定工期延误按每天罚款总造价万分之二进行处罚，合同总造价为2.5亿元）。12工程应用华能大厦工程中庭部位（5～12轴/D～H轴）基础底板采用了钢渣混凝土，工程量为2200m3,施工完成时间为2007年10月。大体积钢渣混凝土的使用不仅缩短了施工工期，降低了施工成本，保证了施工质量，而且合理地利用了工业的废渣（烧结球），符合环保节能的时代要求，产生了显著的经济效益和良好的社会效益。10'