高性能混凝土的施工質(zhì)量控制

吳聲宏（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)建筑工程科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊830054）

1 工程概況及施工難點(diǎn)

新建鐵路喀什至和田線S3標(biāo)（DK319+000～DK498+800）位于新疆維吾爾自治區(qū)南部的和田地區(qū)。經(jīng)過皮山、墨玉、和田等3 個(gè)市（縣），終點(diǎn)和田市。本標(biāo)段線路平坦，長度為168.927 公里，有特大橋1 座、大橋10 座、中橋28 座、小橋19 座、箱形橋30 座，公路跨線橋3 座，共計(jì)91 座。涵洞分布于整個(gè)標(biāo)段，正線涵洞441 座，改移道路涵洞11 座，設(shè)備涵洞2 座，共計(jì)454 座。橋涵及附屬混凝土總量為30 萬立方。

由于本工程所在區(qū)屬暖溫帶極端干旱荒漠性氣候。其特點(diǎn)：春長大風(fēng)多沙，夏熱且干旱，秋涼降溫快，雪少冬不寒。年平均氣溫11.0℃～12.1℃，年降水量28.9 ～47.1 毫米，年蒸發(fā)量2198 ～2790 毫米。因此，在這種干燥、大風(fēng)惡劣環(huán)境下，如何保證混凝土構(gòu)件施工質(zhì)量，成為了本工程施工的難點(diǎn)。

2 干燥、大風(fēng)環(huán)境對高性能混凝土危害的分析

高性能混凝土是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對不同用途要求，有重點(diǎn)保證其工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)合理性。高性能混凝土與傳統(tǒng)的混凝土相比，其特點(diǎn)是：由傳統(tǒng)的水泥、砂、石、水四組分改變?yōu)楸仨毺砑踊瘜W(xué)外加劑和礦物摻合料后的六組分，水泥用量減少，用水量降低。

圖1 高性能混凝土的技術(shù)途徑

2.1 高性能混凝土的結(jié)構(gòu)組成

高性能混凝土強(qiáng)調(diào)的性能之一是高耐久性。而混凝土的滲透性與耐久性有著密切的聯(lián)系，滲透性很低的混凝土抵抗環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)的侵入能力強(qiáng)，因而具有高耐久性。影響混凝土滲透性的因素不僅是孔隙率，更重要的是孔結(jié)構(gòu)。高性能混凝土所用的礦物摻合料不但可以參與水化反應(yīng)，而且未水化的細(xì)顆粒又可填充水泥石的毛細(xì)孔，使混凝土更密實(shí)。一般，隨著水化的發(fā)展，摻有礦物摻合料的水泥石中有害大孔減少，無害或少害的小孔或微孔增多，孔結(jié)構(gòu)得到改善。

圖2 摻有礦物摻合料的水泥石微觀結(jié)構(gòu)

2.2 干燥、大風(fēng)環(huán)境下塑性收縮對高性能混凝土的影響

塑性收縮發(fā)生在混凝土硬化前的塑性階段，是指塑性階段混凝土由于表面失水而產(chǎn)生的收縮。混凝土在新拌狀態(tài)下，拌合物中顆粒間充滿著水，如養(yǎng)護(hù)不足，表面水的蒸發(fā)速率（即失水速率）超過內(nèi)部水向表面遷移的速率（即泌水速率）時(shí)，水的蒸發(fā)面由表面深入到新鮮混凝土漿體表面以內(nèi)，使蒸發(fā)面形成凹液面，凹液面產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力使固體顆粒之間產(chǎn)生壓力。這種顆粒之間的毛細(xì)管壓力引起拉應(yīng)力使混凝土表面收縮，當(dāng)混凝土處于塑性狀態(tài)時(shí)，混凝土表面的抗拉強(qiáng)度很低，在混凝土表面的抗拉強(qiáng)度小于毛細(xì)管壓力時(shí)，則產(chǎn)生塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫雖然自混凝土表面發(fā)展，深淺不一，但如果不采取有效措施加以預(yù)防，不僅影響混凝土外觀質(zhì)量，當(dāng)裂縫產(chǎn)生在配筋附近時(shí)，還會加快鋼筋銹蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

環(huán)境條件是影響混凝土塑性收縮裂縫的最主要因素。在干燥、大風(fēng)的環(huán)境中，隨溫度升高、相對濕度較低后，混凝土的塑性收縮會明顯加重，初裂時(shí)間提前、裂縫長度增加、裂縫總量增加。因此，工程中如果混凝土結(jié)構(gòu)物處于高溫、低濕度的環(huán)境中應(yīng)注意預(yù)防塑性收縮開裂。

2.3 干燥、大風(fēng)環(huán)境下干燥收縮對高性能混凝土的影響

混凝土停止養(yǎng)護(hù)后處于干燥環(huán)境中，會引起體積收縮，稱為干燥收縮?；炷粮稍锸湛s產(chǎn)生的原因是：混凝土在干燥過程中，毛細(xì)孔水分蒸發(fā)，使毛細(xì)孔中形成負(fù)壓，產(chǎn)生收縮力，導(dǎo)致混凝土收縮；當(dāng)毛細(xì)孔中的水蒸發(fā)完后，如繼續(xù)干燥，則凝膠體顆粒間吸附水也發(fā)生部分蒸發(fā)，縮小凝膠體顆粒間距離而收縮。因此，干縮的混凝土再次吸水時(shí)，干縮變形一部分可恢復(fù)，也有一部分（約30%～60%）不能恢復(fù)。

干燥、大風(fēng)環(huán)境下，干燥和大風(fēng)的雙重作用使得水分蒸發(fā)嚴(yán)重，會引起較大的干縮變形。雖然采用的是高性能混凝土，其特點(diǎn)是水泥用量大，水灰比很低，未水化的水泥顆粒多，對干縮收縮是有抑制作用的，但混凝土澆筑完成后如果不加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，一樣會引起混凝土的干縮變形。

2.4 干燥、大風(fēng)環(huán)境下溫度變形對高性能混凝土的影響

混凝土的溫度變形表現(xiàn)為熱脹冷縮現(xiàn)象。混凝土隨溫度升高而產(chǎn)生的膨脹變形稱為熱脹變形，隨溫度下降而產(chǎn)生的收縮變形稱為冷縮變形。溫度變形如果受到限制，就可能導(dǎo)致混凝土開裂?；炷林械臒崃縼碓从谠牧虾退嗟乃療?，后者是熱量的主要來源。與普通混凝土相比，高性能混凝土的水泥用量大，水泥強(qiáng)度高，水化放熱速率大，放熱量高。

在干燥、大風(fēng)這種極端氣候條件下，周圍的溫度變化對混凝土結(jié)構(gòu)物的危害很大。水泥水化產(chǎn)生熱量及散熱條件不佳的共同作用下，導(dǎo)致混凝土澆筑后的幾天里溫度大幅度上升，隨后，在冷卻至周圍溫度時(shí)常會引起混凝土開裂。由于晝夜溫差大，在外界處于高溫狀態(tài)時(shí)，混凝土表面升溫嚴(yán)重而內(nèi)部溫度較低，混凝土結(jié)構(gòu)物會因產(chǎn)生溫度應(yīng)力出現(xiàn)裂縫。而在外界處于低溫狀態(tài)時(shí)，混凝土表面降溫嚴(yán)重而內(nèi)部溫度正常，也會因產(chǎn)生溫度應(yīng)力出現(xiàn)溫度裂縫。

3 干燥、大風(fēng)環(huán)境下高性能混凝土的施工質(zhì)量控制

在干燥、大風(fēng)環(huán)境中，高溫有風(fēng)時(shí)，水的蒸發(fā)量大，干燥快，高性能混凝土的坍落度損失快，新澆筑的混凝土可能出現(xiàn)凝結(jié)速度加快、強(qiáng)度降低等現(xiàn)象，并會產(chǎn)生許多裂縫；低溫有風(fēng)時(shí)，水分同樣散失快，還會延緩混凝土的凝結(jié)速度、降低混凝土的早期強(qiáng)度甚至發(fā)生早期凍壞。因此，這種惡劣的環(huán)境會嚴(yán)重影響高性能混凝土體積的的穩(wěn)定性及強(qiáng)度，從而影響到混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。通過對以上混凝土裂縫產(chǎn)生原因的分析，采取了從混凝土的拌合、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)各方面加強(qiáng)全過程控制以保證混凝土的施工質(zhì)量。

3.1 高性能混凝土的攪拌

3.1.1 原材料的溫度控制

當(dāng)室外溫度在5℃以下時(shí)加熱水拌和，但水溫不宜高于60℃，否則使混凝土產(chǎn)生假凝。若加熱水不能滿足要求，再加熱砂和石子，加熱后的溫度，砂子不能超過60℃，石子不能超過40℃。

當(dāng)室外溫度高于30℃時(shí)，采用加冰或加冰水拌和混凝土，從而降低混凝土的內(nèi)部溫度，同時(shí)可在混凝土泵管上覆蓋土工布等保水材料并經(jīng)常噴水保持濕潤。施工澆筑時(shí)間盡量安排在夜間或早晚期間，如時(shí)間上無法安排，應(yīng)采取以下措施：①在現(xiàn)場搭設(shè)混凝土輸送車使用的遮陽棚；②在混凝土泵垂直管上包敷30 ㎜厚濕水海綿，在暴露陽光下的水平管上同時(shí)敷蓋濕水麻袋；③水泥在使用前宜在室內(nèi)進(jìn)行儲存，砂、石骨料應(yīng)搭棚和覆蓋，避免陽光直射。

3.1.2 攪拌工藝

混凝土的攪拌過程不僅存在物理作用，而且存在水化反應(yīng)等化學(xué)作用。混凝土的攪拌一般在較短的時(shí)間內(nèi)就可達(dá)到大致均勻，但如果攪拌設(shè)備或工藝不合適，仔細(xì)觀察就可發(fā)現(xiàn)預(yù)拌混凝土中有些骨料表面是干燥的，此外還有一些干的小水泥團(tuán)。從微觀上看，水泥顆粒并沒有完全均勻地分散在水中，有部分水泥顆粒相互團(tuán)聚在一起，形成微小的水泥團(tuán)，造成水化作用的面積減小，使混凝土具有強(qiáng)度的水化生成物較少，將影響混凝土的和易性和強(qiáng)度的提高。

混凝土拌合物的質(zhì)量決定于原材料性質(zhì)、配合比、攪拌設(shè)備及操作過程。當(dāng)原材料及配合比不變時(shí)，攪拌機(jī)類型及轉(zhuǎn)速、攪拌時(shí)間、投料順序?qū)炷粱旌狭系馁|(zhì)量有很大影響。

高性能混凝土應(yīng)選擇強(qiáng)制性攪拌機(jī)，投料順序應(yīng)采用二次投料法。采用二次投料法可以在促進(jìn)水泥顆粒的分散度和提高水化程度的同時(shí)，使過渡區(qū)漿體的水灰比降低，相反可以增強(qiáng)過渡區(qū)性能，提高混凝土拌合物的和易性、粘稠性。

3.2 高性能混凝土生產(chǎn)過程中溫度的控制

1）在進(jìn)行混凝土的攪拌生產(chǎn)前，除對用于混凝土生產(chǎn)的原材料進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)外，還需對各種原材料進(jìn)行溫度測試，詳細(xì)測出原材料的溫度，如水泥、粉煤灰、砂石、水、外加劑等原材料的溫度。

2）將混凝土的入模溫度和規(guī)范要求的最高不超過30℃，進(jìn)行比較。當(dāng)混凝土溫度高于30℃時(shí)必須采取冷卻水進(jìn)行混凝土的試拌，或降低原材料溫度；當(dāng)混凝土溫度低于30℃時(shí)無需采取措施，可直接進(jìn)行試拌。

3）試拌后當(dāng)測試溫度及其他試驗(yàn)指標(biāo)合格后可進(jìn)行混凝土的攪拌生產(chǎn)和澆筑。

4 )在施工過程中應(yīng)勤測混凝土拌合物出機(jī)、入模溫度和原材料的溫度以及環(huán)境溫度，通過分析以便更好的掌握和控制混凝土的溫度。

3.3 高性能混凝土的運(yùn)輸

從材料角度出發(fā)，任何運(yùn)輸方法都無法使混凝土免受天氣影響（冷、熱、雨水、雪等），且不會由于過分振動(dòng)而引起混凝土的離析。混凝土運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力適應(yīng)混凝土凝結(jié)速度和澆筑速度的需要，保證澆筑過程連續(xù)進(jìn)行。混凝土運(yùn)輸應(yīng)滿足以下要求：

1）運(yùn)輸中的全部時(shí)間不應(yīng)超過混凝土的初凝時(shí)間。

2）運(yùn)輸中應(yīng)保持均質(zhì)性，不應(yīng)產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，不應(yīng)漏漿；運(yùn)至澆筑地點(diǎn)坍落度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，并保證混凝土在初凝前能有充分的時(shí)間進(jìn)行澆筑。當(dāng)運(yùn)至現(xiàn)場的混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)在澆筑前對混凝土進(jìn)行二次攪拌，但不得再次加水。對于高溫季節(jié)里長距離運(yùn)輸混凝土的情況，可以考慮攪拌車的延遲攪拌，使混凝土到達(dá)工地時(shí)仍處于攪拌狀態(tài)。

3）混凝土的運(yùn)輸?shù)缆芬笃教梗瑧?yīng)以最少的運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)、最短的時(shí)間從攪拌地點(diǎn)運(yùn)至澆筑地點(diǎn)?？紤]到運(yùn)輸過程中干燥、大風(fēng)環(huán)境的影響，混凝土拌和物運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)在滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短，建議滿足表1 的規(guī)定。

表1 混凝土拌和物運(yùn)輸

4）從攪拌機(jī)卸出后到澆筑完畢的延續(xù)時(shí)間，同樣應(yīng)考慮到運(yùn)輸過程中干燥、大風(fēng)環(huán)境的影響，應(yīng)在滿足《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）規(guī)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)縮短，建議不超過表2 的規(guī)定。

5）在高溫條件下，盡可能縮短運(yùn)輸時(shí)間，宜采用混凝土運(yùn)輸攪拌車運(yùn)輸混凝土，可將運(yùn)輸距離縮短或采用速度快的運(yùn)輸工具；運(yùn)輸混凝土過程中宜低速攪拌混凝土，采用間歇式攪拌，并注意運(yùn)輸工程中的防曬；低溫條件下，在運(yùn)輸過程中要有保溫措施以防止混凝土熱量散失，當(dāng)混凝土到達(dá)澆注現(xiàn)場后，澆筑前應(yīng)高速攪拌90s ～120s。

3.4 高性能混凝土的澆筑

1）澆筑要求

凝土成型就是將混凝土拌和物澆筑在符合設(shè)計(jì)尺寸要求的模板內(nèi)，加以搗實(shí)，使其具有良好的密實(shí)性，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求?；炷脸尚瓦^程包括澆筑與搗實(shí)，是混凝土工程施工的關(guān)鍵，將直接影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其整體性。混凝土經(jīng)澆筑搗實(shí)后應(yīng)內(nèi)外光、尺寸準(zhǔn)確、表面平整，鋼筋及預(yù)埋件位置符合設(shè)計(jì)要求，新舊混凝土結(jié)合良好。

合理安排混凝土澆筑時(shí)間，以避免在日最高氣溫和日最低氣溫時(shí)澆筑混凝土。在高溫干燥季節(jié)，晚間澆筑混凝土受風(fēng)和溫度的影響相對較小，且可在接近日出時(shí)終凝，而此時(shí)的相對濕度較高，因而早期干燥和開裂的可能性最??；在低溫干燥季節(jié)，白天澆筑混凝土可以保證混凝土正常的凝結(jié)和硬化。

2）入模溫度

對于干燥、大風(fēng)環(huán)境下的高性能混凝土，應(yīng)盡量避免在最高、最低氣溫時(shí)進(jìn)行澆筑。在高溫條件下，混凝土入模溫度不高于30℃，混凝土澆筑前應(yīng)對模板和鋼筋進(jìn)行降溫處理。在低氣溫條件下，混凝土入模溫度不得低于5℃，混凝土澆筑前應(yīng)對模板和鋼筋進(jìn)行加熱處理。

3.5 高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)

1）混凝土養(yǎng)護(hù)方法

綜合考慮干燥、大風(fēng)環(huán)境，高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)可以分為以下二種情況：1）當(dāng)環(huán)境晝夜平均氣溫連續(xù)3d 低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí)，混凝土施工應(yīng)按冬期施工考慮，此時(shí)可在結(jié)構(gòu)物表面包一層保溫保濕膜，并進(jìn)行蓄熱養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。2）正常施工情況下，可采用雙重養(yǎng)護(hù)措施，即結(jié)構(gòu)物表面覆一層浸水土工膜或海綿等吸水材料，外包一層保溫保濕膜。

表2 從攪拌機(jī)卸出后到澆筑完畢延續(xù)時(shí)間

保溫保濕膜的特點(diǎn)之一是熱容大，保溫效果好，低溫時(shí)膜內(nèi)溫度比環(huán)境溫度高約4℃～20℃以上，有利于水泥的水化、提高混凝土早期強(qiáng)度；高溫時(shí)不受外界炎熱氣候的影響，可有效降低混凝土的內(nèi)、外溫度梯度，減少溫度裂縫的產(chǎn)生，還能有效平緩晝夜溫差，較好的抑制微細(xì)裂縫的產(chǎn)生。二是保濕，由于保溫保濕膜具有密封效果，養(yǎng)護(hù)期間混凝土表面水分散失小，所以總能保持濕潤，養(yǎng)護(hù)后可杜絕或減少混凝土表面因干燥收縮產(chǎn)生的裂縫，且平整，無浮砂。

2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間管理

考慮到高性能混凝土的抗?jié)B性、抗凍性等耐久性指標(biāo)根據(jù)規(guī)范《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)[2005]160 號）均要求在56d 齡期測定（見表3）。

表3 混凝土終凝后的持續(xù)保溫保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間

3）養(yǎng)護(hù)溫度控制

養(yǎng)護(hù)期間混凝土的內(nèi)部與表層、表層與環(huán)境之間的溫差不宜超過15℃，直至混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。在養(yǎng)護(hù)期間，若淋注于混凝土表面的養(yǎng)護(hù)水溫度低于混凝土表面溫度時(shí)，二者間溫差不得大于15℃?；炷猎趪?yán)寒和炎熱環(huán)境下拆模后，若天氣產(chǎn)生驟然變化，采用保溫保濕膜的措施可以防止混凝土內(nèi)外產(chǎn)生過大的溫差，以避免溫度應(yīng)力的產(chǎn)生造成過大的溫度裂縫。

溫度控制管理的重點(diǎn)是做好溫度的監(jiān)控，需要采用測溫儀和溫度計(jì)檢測混凝土內(nèi)部、混凝土表層和環(huán)境溫度。

4）保溫保濕膜的施工工藝

①將混凝土結(jié)構(gòu)物表面清理潔凈，構(gòu)件邊角部位應(yīng)用刷子清理干凈；

②將浸水土工布或海綿等吸水材料形成封閉整體包裹在結(jié)構(gòu)物表面；

③將保溫保濕膜形成封閉整體包裹在結(jié)構(gòu)物表面；

④浸水土工膜或海綿等吸水材料或保溫保濕膜的搭接寬度不得小于20cm。

4 結(jié)語

通過對高性能混凝土在干燥、大風(fēng)環(huán)境下產(chǎn)生裂縫原因的分析，只要加強(qiáng)對高性能混凝土從原材料的準(zhǔn)備、拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)全過程的質(zhì)量控制，就能減少甚至杜絕混凝土裂縫的產(chǎn)生。

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 （GB50204—2002）

[2]《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》 （鐵建設(shè)[2005]160 號）

[3]《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》 （鐵建設(shè)[2005]157 號）時(shí)間限值