摘要: 五棵松体育馆清水混凝土柱施工中, 通过对混凝土原材料的优选、配合比的优化及在现场施工全过程中对钢筋工程、模板工程、混凝土浇筑、养护等各个环节实行有效控制, 严把质量关, 使清水混凝土柱的施工质量达到预期效果。
关键词: 清水混凝土柱; 配合比; 模板
中图分类号: TU 528.7 文献标识码: B 文章编号: 1000- 4726( 2007) 02- 0087- 03
五棵松体育馆是第29届奥林匹克运动会的篮球比赛场地, 位于北京西四环五棵松桥东北角, 毗邻长安街。建筑面积为6.3万m2, 可容纳1.8万名观众。五棵松体育馆地下1层、地上6层。2层以下采用现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构, 2层以上至屋顶桁架的下弦这一高度范围内沿建筑周边布置了8道柱间支撑, 形成现浇钢筋混凝土框架—剪力墙—钢支撑结构体系。比赛馆屋顶采用双向正交钢桁架体系, 钢屋顶支撑在周边20根钢筋混凝土柱上。
1 清水混凝土柱概况
根据设计要求, 首层至4层周边20根承重柱为高标准清水混凝土。其中, 1 200mm×3 500mm的KZ1( 矩形柱) 共计16根, 1 200mm×4 350mm的KZ2( 异形柱) 共计4根。柱顶标高均为28.600m, KZ1、KZ2在首层( 标高9.890m) 以上由连墙柱变为独立柱。首层和2层之间没有顶板, 此部分框架柱高7 800mm, 2层顶板处柱两侧有600mm×1 800mm的框架梁。3至4层( 即上看台层) 框架柱高10 910mm, 顶板处柱两侧有400mm×1 800mm的框架梁, 有柱间支撑处顶板厚180～750 mm, 无柱间支撑处顶板厚180mm。柱受力钢筋为32、箍筋和拉钩为12, 混凝土强度设计等级为C40。
1.1 设计要求和外观质量标准
1.1.1 设计要求
(1) 模板尺寸为1 088( 1 087)mm×1 950( 2 060)mm、1 200( 1 150)mm×1 750( 2 060)mm, 每块模板布置6个对拉螺栓。对拉螺栓采用通长16超强冷拉螺杆, 螺栓孔用密封材料封头, 并将洞口用同颜色水泥封好。
(2) 所有清水混凝土表面应保持颜色一致, 颜色为浅灰色。
(3) 清水混凝土柱上的禅缝, 模板之间的缝, 保留线条, 略做打磨。
(4) 在正式浇筑柱混凝土前, 施工单位应与设计就模板、穿墙螺栓、表面颜色、设施设置、表面涂料选择等问题通过实样进行最后确定后, 方可大面积施工。
1.1.2 外观质量标准
(1) 轴线通直、尺寸准确、棱角方正、线条顺直;
(2) 表面平整、清洁、色泽一致;
(3) 表面无蜂窝、麻面、裂纹和露筋现象;
(4) 表面无明显气泡, 无砂带和黑斑, 无需装饰粉刷或仅进行涂料罩面即可达到相当于高级抹灰的质量标准;
(5) 模板接缝、对拉螺栓和施工缝留设有规律性,上下楼层的连接面搭接平整;
(6) 模板接缝与施工缝处无挂浆、漏浆。
1.2 清水混凝土柱浇筑高度
根据体育馆施工总体部署及进度要求, 首层到2层KZ1、KZ2第一步混凝土浇筑高度由标高9.890m到标高15.850m, 即1800mm框架梁底面标高以下40mm处, 模板支设高度为5960mm; 第二步KZ1、KZ2、框架梁与标高为17.690m的顶板同时浇筑混凝土, 即由标高15.850m浇筑到标高17.690m, 但模板支设高度为2165mm。
3层第一步混凝土浇筑高度由标高17.690 m到标高25.600m( 模板支设高度为7 960mm) ; 第二步清水混凝土柱、1 800 mm高框架梁与750 mm顶板同时浇筑混凝土, 标高为28.600m。
2 施工难点分析与解决思路
2.1 施工难点
(1) 清水混凝土柱的截面尺寸大, 最小边长为1200mm, 最大边长4 350mm, 属于大体积混凝土施工范畴;
(2) 设计要求标准高, 为与外立面玻璃幕墙水平、竖向分格缝相对应, 对清水混凝土柱所用对拉螺栓的数量和位置均有明确要求, 螺栓中心允许误差10mm,对柱面模板加工的要求较高;
(3) 清水混凝土柱配筋数量多, KZ1有172根直径32mm的主筋, KZ2有162根直径32mm的主筋; 此外, 清水混凝土柱跟框架梁有多处交叉, 框架梁的主筋均在清水混凝土柱内锚固, 交错复杂的钢筋理论最小间距仅为25mm, 混凝土浇筑和振捣不易控制;
(4) 一次性浇筑高度高, 最高浇筑高度7 930mm/
(5) 清水混凝土柱施工跨季节, 从9月初开始, 12月中旬结束, 常温施工和冬期施工均存在, 混凝土配合比中外加剂的掺加会有不同, 对清水混凝土柱外观颜色和气泡率的一致提出要求。
2.2 解决思路
清水混凝土区别于普通混凝土的主要特征是, 混凝土颜色、表面气泡的数量、光洁度、密实度等观感效果以及混凝土的耐久性等特性都比普通混凝土要求高。为保证清水混凝土柱的施工质量, 我们对混凝土原材料的优选、配合比的优化、生产过程的有效控制以及现场施工过程中的钢筋绑扎、模板拼缝、混凝土浇筑、养护等各个环节实行有效控制, 严把质量关, 从而确保清水混凝土柱的施工质量达到最佳的预期效果。
3 混凝土配合比设计
3.1 混凝土原材料的优选
为了避免混凝土表面出现色差等质量缺陷, 原材料应选用同品牌、同规格、同颜色、同产地。根据以往工程经验, 本工程对原材料进行了如下优选。
(1) 水泥: 选用太行牌42.5级普通硅酸盐水泥, 要求含碱量<0.6%, 用量不低于280 kg/m3, 温度≤60 ℃,7d水化热<300KJ /kg, 定批号, 同一熟料。
(2) 砂: 选用赢盘中砂, 细度模数为2.3～2.8, B类骨料。要求无杂物, 含泥量不大于2%, 定砂子细度模数、定颜色。
(3) 石子: 选用赢盘碎石, 粒径5～25 mm连续级配, B类骨料。要求含泥量≤1%, 定规格、定颜色。
(4) 水: 采用地下井水。
(5) 掺合料: 选用Ⅰ级粉煤灰和优质矿渣粉, 矿渣粉的比表面积≤400m2 /kg, 但不可太细。
(6) 高效减水剂: 必须通过试验确定最佳掺量, 本工程清水混凝土柱选用RJ- 3型减水剂。
(7) 防冻剂: 选用FJ1复合型防冻剂, 它兼有防冻、早强和减水三重功效。
3.2 混凝土配合比
为保证清水混凝土柱的浇筑质量, 避免混凝土表面出现质量缺陷, 要求混凝土拌合物的坍落度为200±20mm, 初凝时间为10 ～11 h, 终凝时间为12～14 h, 入模温度≤30℃, 单方碱含量≤3.0 kg/m3, 氯离子含量≤0.30%, 胶凝总量不低于380 kg/m3, 砂率为37%～45%,氨含量符合GB18588规范的要求, 水胶比≤0.42。
根据上述要求, 经试验配合比, 得到C40清水混凝土柱在常温施工期间配合比( kg/m3) 为水泥∶水∶砂∶石∶RJ- 3减水剂∶粉煤灰∶矿粉=320∶162∶659∶1123∶12.0∶80∶80; 在冬期施工期间配合比( kg/m3) 为水泥∶水∶砂∶石∶FJ1防冻剂∶粉煤灰∶矿粉=340∶162∶667∶1088∶20.0∶80∶80。
4 钢筋工程
4.1 保护层垫块
柱钢筋保护层为40mm, 垫块选用与模板点接触的塑料垫块, 颜色与混凝土表面颜色接近。在柱横向的四个角点、1 200mm中间、3 500mm(KZ1) 等间距布置5排及4 350mm(KZ2) 等间距布置6排塑料垫块, 竖向间距600mm, 起步垫块距楼板面200mm。塑料垫块挂在柱子箍筋上, 均匀、统一布置, 以保证保护层的厚度。
4.2 钢筋定位
考虑到柱面清水效果要求的对拉螺栓位置的准确性, 在下一层柱主筋绑扎前, 提前根据螺栓眼的位置图调整主筋位置, 使柱主筋错开对拉螺栓位置。同时在绑扎柱箍筋前, 也根据螺栓位置图, 调整箍筋的位置, 并在柱主筋上划线表示出箍筋绑扎位置, 以保证对拉螺栓的顺利穿越。同时, 在每一次混凝土浇筑面以上, 增加两道柱主筋的内外定位框, 以确保在浇筑过程中柱主筋不位移。为避免浇筑面以上的柱主筋被混凝土污染, 在浇筑前应用塑料布将柱主筋包裹。
5 模板工程
5.1 模板类型及脱模剂的优选
选择3根柱( 1 200 mm×2 400 mm) 作为试验柱, 选择不同的模板面板和脱模剂进行优选。
模板面板选择了3种形式: ( 1) 15 mm厚多层板配PVC塑料板作面板; ( 2) 双层15mm厚多层板作面板;( 3) 进口的18mm厚Wisa板作面板。
通过试验柱的感观效果比较, 3种板材成型混凝土柱面观感质量略有差别: PVC塑料板的混凝土表面气泡较多, 接缝不易处理, 且在大体积混凝土内部升温后使其产生翘曲变形, 造成接缝较明显, 不顺直; 而Wisa板虽然混凝土表面观感较好, 但是造价偏高; 双层多层板的混凝土表面观感与Wisa板基本一致, 且造价较低。
因此决定选用双层多层板模板。一为增加模板自身的刚度, 二为模板板面阴角拼缝处跑浆, 对内层多层板采用八字硬拼, 切口处涂刷两遍BD—01环氧保护剂; 外层多层板采用直角硬拼的方式来处理。
脱模剂从试验柱面四侧比较, 涂刷地板蜡成型柱面最光滑, 且有光泽; 涂刷色拉油成型柱面光滑, 气泡少且均匀; 涂刷水性脱模剂柱面和不涂刷脱模剂的柱面均出现局部麻面和较大气泡。综合经济因素, 决定选用食用色拉油作为清水混凝土柱的脱模剂。
5.2 模板支撑
KZ1和KZ2为结构临边柱, 仅3个方向可以斜撑和拉结。临边一侧利用对应一侧的撑拉组合体系来控制柱子位移和垂直度。并在柱子根部的两个脚点分别横拉一道610水平钢丝绳, 以控制柱子根部的水平位移。柱模每边设2根钢丝绳, 固定于事先预埋在楼板内的钢筋环上, 用经纬仪控制, 用花兰螺栓调节校正模板垂直度。拉杆与地面夹角为45°, 斜撑用可调顶托的支撑体系, 支撑牢固。柱模板底部用100mm×100mm方木配合可调顶托顶住, 同时增加一道接近水平的斜拉钢丝绳, 避免模板根部位移。
6 混凝土工程
6.1 浇筑方法
清水混凝土柱均采用地泵配布料杆进行浇筑, 混凝土采用泵管( 或自制漏斗形8150钢管) 向下插入柱身的输送方式, 确保自由落差不大于2m。混凝土分层浇筑高度不得超过0.5 m, 待混凝土充分振捣后, 再浇筑上层混凝土。
振捣棒根据浇筑高度选用6m、8m、10m长, 表面每间隔50 cm作明显标记, 控制混凝土浇筑厚度或振捣时间, 每次提升50 cm。浇筑前根据振捣棒理论位置图在柱模上口用红漆画好位置, 并提前进行下棒试验, 保证振捣棒顺利下插至柱底面。振捣棒采用部分提前插入, 部分随时插拔的方式进行振捣。操作时要做到快插慢拔, 振捣棒插点要均匀排列, 移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍, 并确保振捣棒插拔顺畅及混凝土不漏振, 。振捣顺序见图1。
由于掺加矿粉的混凝土表面, 特别是柱头部位极易出现浮浆, 造成柱头混凝土开裂, 因此振捣完成后,应及时将浮浆层清理干净。
6.2 养护和保护
柱顶四周混凝土人为抹出3 cm高的八字斜坡, 中间用来蓄水进行养护, 同时防止钢筋锈污随水流到柱侧面。柱侧模在混凝土浇筑1 d( 冬期施工为2 d) 后松扣, 4 d后拆模。
柱子养护采用两层控制, 紧贴柱子用一层5～8mm厚的纯白无纺布, 外面包裹一层塑料薄膜, 并用透明胶带临时粘紧, 同时用8号铁丝穿过螺栓孔将两侧的方木拧紧固定后, 方可给海绵板灌水, 养护柱混凝土, 以确保柱子不出现裂缝。冬施期间, 在外裹一层矿棉被保温。
拆模后, 对已浇筑好的柱子进行成品保护, 在柱子的四角全高范围内均贴上钉好的覆膜多层板( 阳角膜) , 并用铁丝绑扎牢固。混凝土养护时间≥14 d。
7 结语
五棵松体育馆清水混凝土柱目前已施工完毕, 通过对混凝土原材料的优选、配合比的优化以及现场施工过程中各个环节的有效控制, 严把质量关, 保证了清水混凝土柱的施工质量达到预期效果, 外观质量优良,表面平整光滑, 颜色基本一致, 无蜂窝、麻面、露筋、露石、夹渣、粉化、锈斑和明显气泡, 无缺棱掉角等缺陷。经两次结构长城杯检查, 均得到专家一致好评。
参考文献
[1] 张金序, 周鹏华, 郑玉华.清水饰面混凝土综合施工技术.建筑技术,2004( 9) : 669- 670.
[2] 胡爱华, 秦绪林, 吴彦民.清水混凝土施工相关问题的探讨.低温建筑技术, 2005( 3) : 60- 61.
