高溫條件下混凝土配合比設(shè)計(jì)及溫度裂縫控制方法

葉根果

摘 要：為響應(yīng)國(guó)家海外戰(zhàn)略和發(fā)展，中資企業(yè)先行邁出，帶動(dòng)著民營(yíng)企業(yè)發(fā)展，并以此推動(dòng)著國(guó)家建設(shè)行業(yè)的發(fā)展。伊拉克巴士拉污水處理廠四、五期工程，是目前中交一航局在海外所承攬的最大的污水處理廠工程項(xiàng)目。由于伊拉克屬于戰(zhàn)后重建期，民生基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目龐大。因此，項(xiàng)目部所定目標(biāo)先立足于土建工程，再穩(wěn)步進(jìn)入巴士拉港口工程。在下文中，文章主要以該項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況展開分析，探討在高溫條件下混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工，從而闡述了溫度裂縫的有效控制方法。

關(guān)鍵詞：高溫條件;混凝土配合比設(shè)計(jì);溫度裂縫;控制

1 工程項(xiàng)目實(shí)況分析

本工程位于伊拉克南部城市巴士拉，距離首都巴格達(dá)約580公里，是伊拉克第二大城市，也是伊拉克最大的港口城市，位于伊拉克的東南端底格里斯河和幼發(fā)拉底河交匯處，南距波斯灣120公里，是連接波斯灣和內(nèi)河水系的唯一樞紐。巴士拉被評(píng)為世界熱極，高溫時(shí)可達(dá)60度。降雨量稀少，年平均降雨量不足200毫米，自來(lái)水的生產(chǎn)和供應(yīng)較低。該城市以石油業(yè)為主，還有鋼鐵、紡織、造字、船舶等工業(yè)，也是伊拉克椰棗的重要產(chǎn)區(qū)，素有“椰棗城”的稱號(hào)。

該工程四期及五期，設(shè)計(jì)日污水處理能力15萬(wàn)方/每期。主要構(gòu)筑物包括：進(jìn)水螺旋泵房、終沉池、氧化溝、曝氣池、干化池、污水泵站、辦公樓及員工宿舍等?，F(xiàn)澆各類型結(jié)構(gòu)混凝土約34萬(wàn)方（大體積混凝土約占一半數(shù)量）;灌注樁19600余根（600mm和800mm），混凝土方量約20萬(wàn)方。混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)分為：C40、C35、C30、C25、C20、C15。灌注樁為C40，其它標(biāo)號(hào)均用在現(xiàn)澆各類型結(jié)構(gòu)混凝土。主要結(jié)構(gòu)物混凝土標(biāo)號(hào)為C35和C30.施工時(shí)正值巴士拉當(dāng)?shù)氐南募靖邷靥鞖?，白天溫?8度左右，夜間溫度32度左右。

在高溫地區(qū)澆筑大體積混凝土，水化熱反應(yīng)更快，表現(xiàn)為水化熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量在前期釋放更為集中，混凝土最高溫度更高。按照技術(shù)規(guī)范要求配制的混凝土，在高溫地區(qū)能否滿足溫控要求值得質(zhì)疑。因此，能否在保證構(gòu)件強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)安全情況下，配制出滿足設(shè)計(jì)要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，經(jīng)濟(jì)合理的配合比尤為重要。由于平均溫差和收縮差引起的溫度應(yīng)力而造成的裂縫，一般情況下，現(xiàn)澆大體積混凝土在升溫階段出現(xiàn)裂縫的可能性較小，在降溫階段，因內(nèi)部溫度慢慢要與外界氣溫相平衡，從表面開始慢慢深入到內(nèi)部，當(dāng)溫度收縮變形受到外部邊界條件約束時(shí)，將引起較大的溫度應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫。通過(guò)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證，配合比能夠滿足抗裂標(biāo)準(zhǔn)，且通過(guò)配合比降低混凝土最高溫度，適當(dāng)放寬溫控要求，對(duì)于施工有著重要的意義。

2 高溫條件下混凝土工程特點(diǎn)

本工程是從混凝土原材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量控制、試拌前準(zhǔn)備、混凝土拌合質(zhì)量控制、施工過(guò)程控制、施工過(guò)程和澆筑完成后的溫度和裂縫觀測(cè)。需注意以下問(wèn)題：

1）優(yōu)選原材料，嚴(yán)格控制骨料質(zhì)量，減水劑性能。

2）混凝土拌合前骨料和拌合水必須采取降溫措施，

3）混凝土澆筑過(guò)程中需測(cè)定砂石、拌合水及現(xiàn)場(chǎng)入模溫度，形成記錄，并在混凝土結(jié)構(gòu)不同位置預(yù)埋測(cè)溫孔。

4）混凝土成型后，及時(shí)覆蓋和養(yǎng)護(hù)，做好測(cè)溫工作。

5）盡可能的利用夜間施工，避開高溫時(shí)段。

3 配合比設(shè)計(jì)及施工探討

3.1 原材料的選用

水泥：為降低大體積混凝土的水化熱，減少水泥用量，盡量選擇低水化熱或中水化熱、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥，同時(shí)比表面積不要過(guò)大，避免使用高強(qiáng)或早強(qiáng)水泥、該研究所選水泥為IP抗硫酸鹽水泥，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，該類型水泥的比表面積、凝結(jié)時(shí)間、安定性和膠砂強(qiáng)度等項(xiàng)目試驗(yàn)符合伊拉克規(guī)范要求。

骨料：對(duì)于大體積混凝土而言，應(yīng)優(yōu)先考慮使用破碎骨料，含泥量不要超過(guò)1%，且盡量選用粒徑較大、級(jí)配良好的粗骨料，可保證混凝土較好的和易性及較高的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)可減少水泥漿的用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。該研究所選用的粗骨料為粒徑5-25mm的碎石，含泥量為0.2%左右，級(jí)配良好。選擇的細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.4-2.8，含泥量為0.5%左右。并對(duì)粗、細(xì)骨料進(jìn)行化學(xué)成分試驗(yàn)檢測(cè)，粗、細(xì)骨料均符合伊拉克規(guī)范要求。

外加劑：為了減少水泥用量，降低水膠比，減小混凝土的水化熱，改善混凝土的和易性及保水性，選擇初凝時(shí)間在12小時(shí)以上的SP90S牌減水劑，該外加劑符合伊拉克規(guī)范要求。

拌合用水：飲用水（凈化）符合伊拉克規(guī)范要求。

3.2 配合比試拌

配合比設(shè)計(jì)上降低砂率和用水量，盡可能的避免混凝土收縮裂縫。在滿足施工質(zhì)量的前提下，反復(fù)試拌，盡量降低砂率和用水量，配合外加劑使混凝土的工作性達(dá)到最佳狀態(tài)。配合比試拌成果詳見下表：

3.3 高溫條件下混凝土施工過(guò)程中的質(zhì)量控制

首先對(duì)各原材料溫度進(jìn)行控制。粗、細(xì)骨料進(jìn)場(chǎng)后使用土工布進(jìn)行覆蓋遮陽(yáng);混凝土生產(chǎn)前，對(duì)粗骨料進(jìn)行分片灑水降溫，從混凝土澆筑開始至結(jié)束（施工前2個(gè)小時(shí)對(duì)粗骨料進(jìn)行均勻?yàn)⑺勾止橇嫌凶銐虻臅r(shí)間進(jìn)行散熱）;拌合用水中加冰塊，使拌合用水降溫（加冰后水溫控制在20℃或以下）;禁止使用當(dāng)天新進(jìn)廠的水泥進(jìn)行施工。

其次考慮到晝夜溫差，合理選擇夜間施工。前期進(jìn)行夜間各時(shí)間段（當(dāng)日晚18點(diǎn)至次是早6點(diǎn)）氣溫與原料的溫度監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)工作并做以記錄?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工因部位、方量的不同，混凝土澆筑所用的時(shí)間也不同，統(tǒng)籌考慮低溫的時(shí)間區(qū)段與澆筑所需時(shí)間的關(guān)系，安排最佳的澆筑時(shí)間，開始澆筑到澆筑結(jié)束時(shí)進(jìn)行全程溫度監(jiān)控（混凝土及原材料每1小時(shí)一測(cè)并做以記錄）。

混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)溫度監(jiān)控：對(duì)混凝土構(gòu)件溫度進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，在混凝土結(jié)構(gòu)平面和里面均設(shè)3個(gè)溫度采集點(diǎn)，并同時(shí)對(duì)環(huán)境溫度及混凝土表面溫度監(jiān)測(cè)?；炷两K凝后開始監(jiān)測(cè)，前7天每3個(gè)小時(shí)一測(cè)，8至10天每12個(gè)小時(shí)一測(cè)（具有體表性的時(shí)間段），測(cè)溫有專人負(fù)責(zé)，做以記錄，并形成圖表。溫度監(jiān)測(cè)期，根據(jù)監(jiān)控情況及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土內(nèi)外溫度不至過(guò)大。

4 設(shè)備機(jī)具和材料詳見表3。

5 安全措施

1）所有工人入場(chǎng)前必須進(jìn)行三級(jí)安全教育，經(jīng)考試合格后，方可進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

2）所有施工人員必須正確配備齊全安全防護(hù)用品，并要檢查勞保用品的有效性。

3）特殊車輛司機(jī)必須持證上崗，嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工。

4）所有作業(yè)人員嚴(yán)格遵守勞動(dòng)紀(jì)律，嚴(yán)禁施工過(guò)程中打鬧。

5）每日施工完畢后清點(diǎn)作業(yè)人員數(shù)量。

6）機(jī)械設(shè)備使用前先繞設(shè)備一周檢查周圍狀況，并檢測(cè)設(shè)備底部，確認(rèn)無(wú)障礙物后，進(jìn)行設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查無(wú)誤后方可正常進(jìn)行施工。

7）嚴(yán)格遵守本項(xiàng)目部制定的各項(xiàng)規(guī)章制度，配合管理人員管理。

6 節(jié)能降耗

蓄水罐采用遮陽(yáng)篷、冷風(fēng)機(jī)雙重措施降溫，比傳統(tǒng)的加冰塊的方式即節(jié)省了拌合時(shí)間又降低了成本，特別適合在中東熱帶干旱氣候條件下的施工。

養(yǎng)護(hù)采取滴灌式的養(yǎng)護(hù)方式即保證了良好的養(yǎng)護(hù)效果又降低了淡水的使用成本，尤其在巴士拉這種炎熱干旱的地區(qū)更加的適合。

拌合用的砂石料采用苫布與澆冷水相結(jié)合的方法，既明顯降低了骨料的溫度又比單純澆水降溫的方式大大節(jié)省了用水量。

7 環(huán)保措施

1）成立環(huán)境保護(hù)小組，由項(xiàng)目經(jīng)理和各部門相關(guān)負(fù)責(zé)人組成，項(xiàng)目經(jīng)理為環(huán)境保護(hù)小組組長(zhǎng)。

2）認(rèn)真學(xué)習(xí)環(huán)境保護(hù)法有關(guān)方面的規(guī)定和要求，確保施工所有活動(dòng)在保證不污染環(huán)境的前提下進(jìn)行。

3）加強(qiáng)對(duì)施工人員環(huán)境保護(hù)意識(shí)的教育，提高職工對(duì)環(huán)境保護(hù)重要意義的認(rèn)識(shí)，人人自覺遵守環(huán)境保護(hù)法。

4）作業(yè)時(shí)，廢機(jī)油、生活垃圾等必須集中處理，禁止隨意亂扔。

8 應(yīng)用實(shí)況

本工程位于伊拉克南部城市巴士拉，距離首都巴格達(dá)約580公里。工程設(shè)計(jì)日污水處理能力15萬(wàn)噸/每期，合同涵蓋土建施工，機(jī)電選型、采購(gòu)、安裝、調(diào)試以及一年的試運(yùn)行服務(wù)。兩期項(xiàng)目混凝土總方量達(dá)55萬(wàn)m3，截止目前，項(xiàng)目已累計(jì)完成混凝土澆筑40萬(wàn)，構(gòu)筑物表觀質(zhì)量良好，表面裂紋數(shù)量較少，強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。該工法的成功應(yīng)用，為類似高溫下混凝土配合比設(shè)計(jì)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)。

9 總結(jié)

通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目的研發(fā)，成功設(shè)計(jì)了適合本項(xiàng)目的混凝土配合比，保證了混凝土的質(zhì)量，更利于現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑，縮減了施工人員數(shù)量和施工輔助措施，同時(shí)相當(dāng)大程度的減少了后期混凝土表面裂縫的產(chǎn)生，大大節(jié)省了后期混凝土裂縫修補(bǔ)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。