北京某劇院混凝土施工質(zhì)量控制

**大劇院工程**大劇院工程位于北京市**區(qū)**胡同*號(hào)，****西側(cè)，臨近**廣場(chǎng)、**********************重要建筑物與重要區(qū)域，為全額公家財(cái)政撥款的**重點(diǎn)工程。由法國(guó)AEROPOROTSDEPARIS設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)。工程總占地面積11.89萬公頃，總建筑面積145000m2，其中地上部分53600m2，地下部分91400m2。建筑總高45.35m。**建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、北京**集團(tuán)、**建設(shè)、上海**集團(tuán)聯(lián)合體負(fù)責(zé)施工。整個(gè)建筑由北側(cè)建筑(201區(qū))、中心建筑(大劇院)(202區(qū))、南側(cè)建筑(203區(qū))三部分構(gòu)成；南北側(cè)建筑201區(qū)、203區(qū)分別為地下三層、二層，包括票務(wù)大廳、消防通道、人員出入口、員工餐廳、停車場(chǎng)等。202區(qū)建筑外觀是一個(gè)超級(jí)橢圓形殼體。位于水池中央，其尺寸為：東西向長(zhǎng)212.2米，南北向長(zhǎng)143.6米，高度為46.285米。內(nèi)部設(shè)有歌劇院(2416座)、音樂廳(2017座)、戲劇場(chǎng)(1040座)及其他附屬配套設(shè)施。三者的物最大埋深-32.5m，地下最底層位于-21.89m，歌劇院舞臺(tái)下最深處標(biāo)高層-27.5m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高位33.65m，±0.0000絕對(duì)標(biāo)高位44.75m。**大劇院外觀工程建筑分類為一類，耐火等級(jí)為一級(jí)；劇場(chǎng)建筑等級(jí)為特級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命100年。結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，部分主要結(jié)構(gòu)柱采用H型鋼－混凝土勁型柱，舞臺(tái)口及局部大跨度梁采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。工程抗震設(shè)防烈度為8度，按近震考慮。工程防水等級(jí)為一級(jí)，采用防排結(jié)合，以防為主的原則。基礎(chǔ)的外墻和底板為剛性防水混凝土。**大劇院工程橢球形屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)殼體，內(nèi)部無支點(diǎn)。橢球形殼體結(jié)構(gòu)有設(shè)置在地面下的鋼筋混凝土環(huán)梁支撐，環(huán)梁結(jié)構(gòu)的外圍是純地下環(huán)形消防通道。鋼結(jié)構(gòu)殼體外飾大部分為0.4mm厚的鈦板，中部安裝玻璃，橢球體外四周水池環(huán)繞，人工湖面積達(dá)35000平方米，是環(huán)境與功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一。**大劇院的主體建筑為中心的202區(qū)，砼種類多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度較大?，F(xiàn)將基礎(chǔ)與外墻，600m環(huán)形梁和鋼管柱砼施工技術(shù)分述如下：砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分布情況見表一。表一1結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式箱形基礎(chǔ)主體結(jié)構(gòu)形式全現(xiàn)澆框架剪力墻墻屋蓋結(jié)構(gòu)形式平面2地下防水混凝土自防水抗?jié)B等級(jí)S163混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30樓板C40內(nèi)墻、柱C30S16箱基底板、外墻C30S8室內(nèi)水池C60普通柱C80鋼管柱4C50環(huán)形梁一、基礎(chǔ)及外墻混凝土裂縫控制：箱基底部第五層土作為結(jié)構(gòu)的持力層為第四紀(jì)卵石、圓礫石沉積層，承載力?；A(chǔ)底板(1600mm、600mm厚雙層)地梁，外墻800mm厚，強(qiáng)度等級(jí)為C30P16。(一)主要技術(shù)措施：根據(jù)工程特點(diǎn)，配合比設(shè)計(jì)采取的主要措施：(1)水灰比控制不大于0.50，氯離子含量≤0.3%，堿含量≤3Kg/m3，以滿足混凝土的耐久性要求；(2)為滿足混凝土的抗?jié)B性能要求，混凝土的水泥用量≥250Kg/m3，避免因混凝土的膠凝材料過少而降低混凝土的密實(shí)行；(3)混凝土中摻入適量的粉煤灰，控制混凝土水化熱速度，同時(shí)滿足混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)及抗?jié)B的要求；(4)每立方米混凝土中摻入800g聚丙烯纖維(L=19mm)控制混凝土早期收縮裂縫；(5)坍落度160mm±20mm，在麥女足泵送要求的前提下，適當(dāng)降低混凝土砂率，避免因砂率過大造成混凝土的收縮增大；(6)限制砼的水化速度和強(qiáng)度增長(zhǎng)速度，采用60天驗(yàn)收齡期。(二)主要原材料：(1)水泥：采用北京水泥廠生產(chǎn)的京都牌P.O32.5水泥，活性高、質(zhì)量穩(wěn)定、流變性能好，水泥的堿含量低于0.6%，指標(biāo)如下：水泥品種細(xì)度%標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時(shí)間堿含量%抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度初凝終凝3天28天3天28天2.027.4%1h50min3h20min0.396.228.9(2)砂：潮白河系中粗砂，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，該集料為低堿活性集料，含泥量、泥塊含量等指標(biāo)均符合規(guī)范要求。細(xì)度模數(shù)含泥量泥塊含量堆積密度表觀密度空隙率堿活性2.91.1%0.21523243640.0%低堿活性(B類))(3)石：潮白河系碎卵石，粒徑5～25mm，為低堿活性集料，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。公稱粒徑含泥量泥塊含量堆積密度表觀密度針片狀含量壓碎值指標(biāo)堿活性5～25mm0.4%0.2154125122.9%7.0%低堿活性(B類))(4)粉煤灰：北京高井發(fā)電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。細(xì)度％燒失量％需水量比SO3%堿含量％15.04.11040.610.51(5)防凍劑：采用北京匯強(qiáng)外加劑廠TZ1-3，帶入每立方米混凝土中的堿總量均小于1kg。(6)纖維：張家港市方大特種纖維制造有限公司L=19mm的單絲纖維。(三)配合比：根據(jù)施工要求、設(shè)計(jì)指標(biāo)及原材料性能，在本次試驗(yàn)過程中擬使用的主要配合比如下：序號(hào)強(qiáng)度等級(jí)配合比(kg/mm3)抗壓純度W/C砂率水泥水砂石粉煤灰摻合料防凍劑R7R28R601C400.35424201827271003100/TZ1-3;33.0%12.623.22C30P120.4244380185792100860/TZ1-3;33.0%24.938.143.43C30P120.42443401857921008100纖維絲:0.8TZ1-3;33.0%22.937.243.04C30P160.42423501897921008100纖維絲:0.8TZ1-3;33.0%25.238.642.8(四)試驗(yàn)結(jié)果及分析：(1)混凝土的出機(jī)性能：從混凝土出機(jī)和易性分析：①混凝土中摻加纖維以后，其流動(dòng)性有所下降，混凝土的出機(jī)坍落度比未摻加纖維網(wǎng)的混凝土小于20mm左右；②摻加纖維厚混凝土的相聚性有一定的改善，對(duì)粗骨料的下沉有一定的抑制作用，改善了混凝土大均質(zhì)性；③纖維絲在混凝土中均能達(dá)到均勻分散，未出結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，混凝土的坍落度損失情況與未摻加纖維絲的混凝土基本一致。(五)其他物理力學(xué)性能(1)力學(xué)性能試樣抗壓強(qiáng)度MPa抗拉強(qiáng)度Mpa彈性模量(×1004Mpa)極限拉伸(×100-6)28d90d28d90d28d90dC30空白45.863.53.303.682.203.54104C30纖維43.060.03.673.903.023.72107C50空白67.076.54.284.553.994.04123C50纖維65.174.24.495.364.244.38129(2)干燥收縮：在溫度15～25℃，校對(duì)溫度50～60℃的自然環(huán)境中的收縮。(3)凍融循環(huán)試驗(yàn)試樣D50次凍后D75次凍后D100次凍后動(dòng)彈性模數(shù)(％))失重(％)動(dòng)彈性模數(shù)(％))失重(％)動(dòng)彈性模數(shù)(％))失重(％)C30空白94.7088.40.1376.31.02C30纖維96.0087.70.1675.81.13C50空白96.5090.1085.40.18C50纖維96.1090.4085.80.13(六)施工狀況：202區(qū)臺(tái)倉(cāng)底板和外墻為C30P16砼，每立方米摻聚丙烯纖維800g，總量為12.5萬m3，施工期為2002年1至3月，冬期采用塑料薄膜和厚棉被覆蓋養(yǎng)護(hù)14天，結(jié)構(gòu)沒有可見裂縫，是國(guó)內(nèi)首次采用聚丙烯纖維砼防裂抗?jié)B技術(shù)應(yīng)用于大型重點(diǎn)工程和埋深－32米的防水結(jié)構(gòu)并獲得成功的范例。底板施工情況二、202區(qū)600m環(huán)形梁環(huán)形梁在出地面處繞202區(qū)一周，呈橢圓狀，中心線總長(zhǎng)560m端面尺寸為2m×34.3米的帶翼緣空腹梁，頂面標(biāo)高-0.10m。是鋼屋架與底部砼結(jié)構(gòu)相連接的承重構(gòu)件，環(huán)形梁下部沿環(huán)向設(shè)有懸掛水槽，在玻璃幕墻屋面下有77個(gè)δ=406m的預(yù)埋通風(fēng)鋼彎管，2072個(gè)拉拔體系預(yù)埋管，在有通風(fēng)管范圍那設(shè)有φ=40m厚的鋼箱。梁斷面處有736根φ28cm的主筋，環(huán)形凌空高度1m，最高5m；結(jié)構(gòu)跨度4－5m南北入口處最大跨度10.3m，砼等級(jí)為C50，總方量為4032m3，環(huán)形梁鋼筋預(yù)留管道多層相疊，縱橫交錯(cuò)，體形復(fù)雜，澆注困難，由于每層砼需要澆注600延米，為了保證覆蓋，采用自密實(shí)砼，要求砼凝結(jié)時(shí)間在20個(gè)小時(shí)以上，施工時(shí)間為2003年7月下旬，正值炎熱季節(jié)，砼要有良好的工作性和保持性，坍落度>250mm，拓展度>550mm，砼采用復(fù)合摻合料配置，工作性能良好，施工順利共用了360小時(shí)完成施工，砼拆模后外觀光潔、密實(shí)、無裂縫、28天強(qiáng)度全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。配合比：水泥水砂子石子復(fù)合摻合料外加劑4201758048711803.0%**大劇院202區(qū)主體結(jié)構(gòu)從7.08m起共有86根鋼管柱斷面尺寸分別為φ500mm，φ400mm，部分鋼管柱芯采用C100砼，1．制備技術(shù)根據(jù)我國(guó)國(guó)情，力求不改變常規(guī)生產(chǎn)工藝，不采用特殊原材料；使用市場(chǎng)上易于采購(gòu)并能穩(wěn)定供應(yīng)的42.5普通硅酸鹽水泥，利用新型高效減水劑和多組份復(fù)合礦物摻合料的超疊加效應(yīng)，通過對(duì)骨料、配合比的優(yōu)化和優(yōu)選，使之達(dá)到最佳配合比例，制備出強(qiáng)度高、工作性能好、耐久性優(yōu)異的高性能混凝土。1.1原材料選擇(1)水泥：選用質(zhì)量穩(wěn)定、活性較高、需水量低、流變性能好的鹿泉鼎新牌42.5普通硅酸鹽水泥。主要性能指標(biāo)見表1。水泥物理力學(xué)性能指標(biāo)水泥品種及等級(jí)細(xì)度(%)標(biāo)準(zhǔn)稠度(%)抗折強(qiáng)度(MPaa)抗壓強(qiáng)度(MPaa)3天28天3天28天1.227.26.59.835.558.7(2)石子：采用河北懷來粒徑為5~20mm的非活性機(jī)制碎石，質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙，再用水將表面石粉沖洗干凈，可有效地提高骨料與水泥漿體的粘結(jié)強(qiáng)度。(3)砂子：采用潔凈、級(jí)配良好的潮白河系低堿活性中砂，Mx=2.8。(4)拌合水：采用自來水。(5)外加劑：配制高強(qiáng)高性能混凝土?xí)r，高效減水劑是滿足工作性要求和獲得最終強(qiáng)度的關(guān)鍵技術(shù)，減水率應(yīng)在30%以上，選用新型的聚羥酸高效減水劑。(6)礦物摻合料配制高強(qiáng)、高性能混凝土僅僅依靠水泥活性和提高水泥用量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，且水泥用量過高對(duì)混凝土性能并不完全有利。為此，選用三種礦物摻合料按一定比例復(fù)合，利用超疊加效應(yīng)獲得較高的活性系數(shù)。1.2配合比的確定外加劑摻量的確定利用聚羥酸高效減水劑，鹿泉鼎新42.5普通硅酸鹽水泥，分別以不同摻量摻入水泥凈漿，測(cè)其流動(dòng)度，從圖1中可以看出，在一定范圍內(nèi)水泥的流動(dòng)度隨著減水劑摻量的增加而增加，當(dāng)摻量超過1.0%時(shí)，流動(dòng)度變化明顯地減緩，因此摻量以1%為宜。2602602803003203403603804004200.40.60.81.01.21.4水泥稠度/mm外加劑對(duì)水泥稠度的影響配合比設(shè)計(jì)在確定水泥，外加劑和摻合料的基礎(chǔ)上，還要確定配合比的其他主要參數(shù)。采用正交試驗(yàn)法，選取水膠比(A)、復(fù)合料摻量(B)和砂率(C)三個(gè)因素，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)(見表2)，結(jié)果分析見圖2。正交試驗(yàn)表水平/因素水膠比A復(fù)合料摻量(%))B砂率(%)C10.30153620.28203830.2625400.220.240.26水灰比150.220.240.26水灰比152025復(fù)合料摻量(%)363840砂率(%)抗壓強(qiáng)度/Mpa坍落度/mm擴(kuò)展度/mm正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，在同時(shí)滿足強(qiáng)度、工作性要求的前提下，選定了配合比主要參數(shù)：W/(C+F)為0.26，復(fù)合摻合料摻量為25%，砂率為36%。確定配合比為：水泥450Kg，水156Kg，砂子614Kg，石子1092Kg，外加劑6Kg，復(fù)合摻合料150Kg。為了施工安全起見，需進(jìn)一步驗(yàn)證配合比的穩(wěn)定性和復(fù)演性，用同一配合比重復(fù)進(jìn)行了十四次試驗(yàn)，結(jié)果證明選定的配合比滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)果見表3。混凝土配合比抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)序號(hào)抗壓強(qiáng)度(MPaa)序號(hào)抗壓強(qiáng)度(MPaa)3天7天28天60天3天7天28天60天150.6105.8127.8128.0848.2105.8123.0128.9261.5103.5120.8122.0962.199.4119.6127.1370.2104.5126.6130.01057.2101.3118.5123.6460.0105.6120.8126.21159.0101.4125.9128.2565.780.1120.9122.11253.398.6113.1115.5649.997.5117.6124.51360.1102.6125.7110.9760.0101.0120.9121.01458.098.2129.8129.02混凝土工作性評(píng)價(jià)2.1坍落度、擴(kuò)展度損失試驗(yàn)高性能混凝土除具有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)有良好的工作性和一定的保持時(shí)間。為此，對(duì)新拌混凝土進(jìn)行了坍落度、擴(kuò)展度損失試驗(yàn)，見圖3、圖4，試驗(yàn)結(jié)果表明：使混凝土良好的工作性在5小時(shí)內(nèi)基本保持不變。圖3坍落度試驗(yàn)圖4擴(kuò)展度試驗(yàn)2.2粘聚性試驗(yàn)由于高強(qiáng)、高性能混凝土水膠比低、水泥用量高，一般不泌水，但容易造成過于粘稠，不易泵送、成型等問題。采用簡(jiǎn)易粘度計(jì)法——用倒置的坍落度筒測(cè)定混凝土的排空時(shí)為10~15S，說明混凝土既不泌水，也不粘稠、不板結(jié)，具有良好的可泵性。3混凝土耐久性評(píng)價(jià)混凝土的耐久性是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，需要用多種方法從各個(gè)方面來進(jìn)行評(píng)價(jià)。為此，我們用目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的技術(shù)手段對(duì)能反映混凝土耐久性的指標(biāo)逐一進(jìn)行了測(cè)試。3.1收縮性能我們成型了100mm×100mm×515mm的C100混凝土試件2組，分別在水中養(yǎng)護(hù)1天和3天；再放在溫度20±3℃，相對(duì)濕度60±5%的恒溫恒濕室測(cè)量其長(zhǎng)度變化，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：由于C100混凝土摻入了大量的優(yōu)質(zhì)礦物摻合料，提高了混凝土的密實(shí)性，使混凝土在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的同時(shí)，具備了良好的體積穩(wěn)定性。表4收縮性能試驗(yàn)試件編號(hào)收縮率(×10--6)備注3d7d14d28d45d60d90d1-30507189101112水中養(yǎng)護(hù)3天23342628398110123水中養(yǎng)護(hù)1天3.2抗?jié)B性能按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行混凝土的抗?jié)B性能試驗(yàn)。C100混凝土抗?jié)B等級(jí)達(dá)到P35時(shí)，滲水高度不足5mm，證明這種混凝土具有良好的密實(shí)性，適用于地下工程結(jié)構(gòu)和自防水混凝土結(jié)構(gòu)。3.3氯離子擴(kuò)散系數(shù)滲透性是評(píng)價(jià)混凝土抵抗環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)侵入和腐蝕程度的重要指標(biāo)。我們分別取C30普通混凝土和C100高性能混凝土進(jìn)行了氯離子擴(kuò)散對(duì)比試驗(yàn)，擴(kuò)散系數(shù)分別為2.71×10-8cm2/s和1.01×10-8cm2/s。證明C100高性能混凝土的抗侵蝕能力明顯地高于普通混凝土。3.4抗凍融試驗(yàn)混凝土的抗凍融性是指其在飽和狀態(tài)下遭受冰凍時(shí)，抵抗冰凍破壞的能力。它也是評(píng)定混凝土耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。我們成型了100mm×100mm×400mm的混凝土試件進(jìn)行了快凍法試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5，從中可以看出，由于C100混凝土水膠比低，密實(shí)性好，抗凍融循環(huán)達(dá)300次以上，耐久性顯著的優(yōu)于普通混凝土?；炷羶鋈谘h(huán)試驗(yàn)D100次凍后D300次凍后D500次凍后相對(duì)動(dòng)彈模(%))平均(%)失重率(%)平均(%)相對(duì)動(dòng)彈模(%))平均(%)失重率(%)平均(%)相對(duì)動(dòng)彈模(%))平均(%)失重率(%)平均

(%)96.797.00.000.0094.094.00.000.0091.991.80.000.0096.90.0094.00.0091.90.0097.50.0094.10.0091.70.003.5碳化試驗(yàn)混凝土結(jié)構(gòu)處在自然環(huán)境，空氣中的CO2不斷向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，且溶于毛細(xì)孔的孔隙水中呈弱酸性；使混凝土孔溶液的PH值降低，鋼筋銹蝕加快，最終導(dǎo)致混凝土開裂，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，應(yīng)采取措施提高混凝土的密實(shí)性，降低碳化速率。我們成型了四組試件，按照規(guī)定齡期放入CO2濃度20±3%、溫度20±5℃、濕度70±5%的碳化箱中加速碳化，測(cè)得3d、7d、14d、28d混凝土的碳化深度均為零，證明C100混凝土的密實(shí)性好，具有較高的抗碳化能力。3.6微觀孔結(jié)構(gòu)分析采用壓汞法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行微觀孔結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明混凝土的總孔隙率為6.94%，其中4.10%的孔為＜50nm的無害孔，＞100nm的有害孔只占1.43%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通混凝土，這也是保證混凝土耐久性能的重要指標(biāo)之一。3.7電鏡掃描分析采用電子顯微鏡對(duì)混凝土的內(nèi)部形貌進(jìn)行掃描分析，在1500倍下拍攝的照片可清晰地看出致密的C-S-H和被C-S-H緊密連接的AFt漿體與集料界面，C-S-H凝膠與鈣礬石將漿體中一切物質(zhì)緊密粘接，構(gòu)成一個(gè)密實(shí)的整體。圖5致密的C-S-H圖6被C-S-H緊密連接的AFt3.8堿含量計(jì)算為預(yù)防混凝土堿—集料反應(yīng)，采用河北懷來的非堿活性機(jī)制碎石并經(jīng)水沖洗，潮白河系低堿活性中砂，同時(shí)控制各組份帶入混凝土的總含堿量不超過5kg。經(jīng)計(jì)算，混凝土的堿含量只有2.29kg滿足設(shè)計(jì)要求。3.9其他力學(xué)性能高強(qiáng)高性能混凝土還應(yīng)具有優(yōu)異的力學(xué)性能，為此，對(duì)C100混凝土的抗折、抗拉、軸心抗壓、靜力彈性模量等力學(xué)指