天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱C70大体积自密实混凝土温度场试验研究

《混凝土》杂志2015年第十期转载请注明出处及作者

艾心荧;侯玉杰;余地华;闫震;叶建;冯源;

151-157+160

更多【摘要】 天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱C70大体积自密实混凝土单次浇筑体量大,水泥水化放热量巨大,造成混凝土绝热温升高、里表温差大,容易导致混凝土温度应力过大而发生开裂,影响巨型柱施工质量及力学性能。依托天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱施工实际,通过模型试验监测分析巨型柱内部混凝土温度场分布规律,包括前3 d及28 d的温度变化、里表温差、表外温差、降温速率、绝热温升及降温系数,为实际施工中混凝土的热工计算、施工及养护措施的制定、低水化热混凝土的效果验证、混凝土温度应力及开裂指数的研究提供科学有效的数据,保证了实际施工质量 更多

[1]引言

天津高银117大厦是一幢集甲级办公、酒店、旅游观光、精品商业于一体的特大型超高层摩天大楼。总建筑面积37万m²，地下3层（局部4层），地上117层（含设备层共130层），结构高度596.2m，为中国结构第一高楼。

大厦主体结构采用钢筋混凝土核心筒－巨型框架支撑结构体系。核心筒为混凝土内包钢板和劲性钢骨的剪力墙结构，外筒由四角4根巨型柱与巨型桁架、巨型斜撑共同组成。其中，外筒四角4根巨型柱为多腔体异形钢管混凝土巨型柱，最大横截面尺寸为24m×22.8m，由29个腔体组成，最厚钢板尺寸100mm；地下室高度范围单根巨型钢柱重1500t（不含钢筋和混凝土重量）；钢柱内竖向钢筋为直径50mmⅢ级钢，分单根钢筋穿肋板及钢筋芯柱两种；腔体内浇筑高强自密实混凝土（C50、C60、C70）。

巨型柱从基础筏板以0.88°向内倾斜贯穿至117层（583.65m），其中L35层（182.96m）以下为C70高强自密实混凝土，单次最大浇筑方量达3400m³。如此大体量的混凝土浇筑时水泥水化产生的热量巨大，导致混凝土绝热温升高、里表温差大，容易形成温度裂缝，从而影响巨型柱施工质量及力学性能。因此，除了通过优化配比等措施降低混凝土水化热外，有必要针对多腔体异形钢管混凝土巨型柱内部C70大体积自密实混凝土的温度场进行研究，为实际施工中混凝土的热工计算、施工养护措施的制定、低水化热混凝土的效果验证、混凝土温度应力及开裂指数的研究提供依据。

国内外关于普通大体积混凝土内部温度场分布的研究已经有很多，但对于多腔体异形钢管混凝土巨型柱内部C70大体积自密实混凝土温度场的研究，国内外还很少见诸报道。本文依托天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱施工实际，通过模型试验监测分析巨型柱内部混凝土温度场分布规律。

2 试验柱模型

大厦加强层节点处的巨型柱与环带桁架、巨型支撑相连接，腔体构造复杂，其中巨型柱与桁架、支撑牛腿的连接箱体单元形式最为复杂，横、竖隔板数量较多，腔体最小高度900mm，最小宽度200mm，混凝土的质量最不容易保证，因此选择加强层节点处的巨型柱进行温度监控模拟试验。

2.1 钢柱

考虑到巨型柱内混凝土的浇筑质量主要与腔体的构造形式相关，与水平、竖向隔板的厚度关系不大，同时为了节省试验成本，将竖向钢板的厚度由60mm减小为20mm，水平隔板厚度不变为16mm，构件轴线尺寸为2760mm×3460mm×6690mm。钢板材质为Q345B，构件总重约16吨。

巨型柱腔体的平面区域编号为A、B、C、D，见图4；其中，A、B、D三个腔体的内壁上均设置22mm×100mm规格栓钉，水平与竖向间距均为200mm；C腔体内未设有栓钉。现场巨型柱试验模型见图8-10。

2.2 混凝土

试验柱采用与实际施工相同的大流态C70自密实混凝土，其配合比见表1。经现场测试，混凝土工作性能指标见表2。

表1 C70自密实混凝土配合比

Table 1 Mix proportion of C70 self-compacting concrete

混凝土种类	强度等级	每立方米混凝土原材料用量/kg
		水泥	砂	石	水	外加剂	矿粉	微珠
自密实混凝土	C70	330	760	960	145	9	120	110

表2  C70自密实混凝土性能指标

Table 2 Performance indexes of C70 self-compacting concrete

项目	坍落扩展度/mm	T50/s	含气量	出罐温度/℃	入模温度/℃
测试值	730~740	2.5	3.3%	30.8	32.6

混凝土浇筑采用高位抛落、不振捣、分仓浇筑，最终浇筑至最上层水平隔板以上350mm处。试验柱外壁覆盖60mm厚的岩棉进行保温，如图12所示。浇筑完毕待混凝土终凝后进行不少于14天的保湿养护。

结论

本文基于天津高银117大厦施工多腔体异形钢管混凝土巨型柱施工实际，通过模型试验监测分析巨型柱内部混凝土温度场分布规律，主要结论如下：

（1）多腔体异形钢管混凝土巨型柱最上层截面1上的测点散热路径最短，受环境温度影响最大，导致其同龄期温度最低；中间偏上截面2上的测点散热路径最长，受环境温度影响最小，同龄期温度最高。

（2）试验结果表明，基于部分温度监测试验数据，通过绝热温升计算得出的降温系数，可用于混凝土其他部位最高温度的预测计算。

（3）巨型柱混凝土浇筑18小时内测点温度急剧增大，随后增幅减缓，24小时内达到峰值，随后温度逐步下降， 20天后温度逐步趋于稳定。

（4）日照辐射作用下，巨型柱向阳面的温度场较背阴面高。