高溫條件下大體積混凝土施工技術(shù)研究

楊東赤

（中國鐵建國際集團(tuán)有限公司，北京100000）

1 引言

伴隨著我國建筑行業(yè)近年來的迅猛發(fā)展，大體積混凝土的使用也在快速增長，各種條件下的大體積混凝土施工技術(shù)的發(fā)展也較為成熟，已然成為很多工程建筑施工中，不可代替的重要部分。但大體積混凝土的施工在不同的施工條件下，其施工方法和技術(shù)也將有所不同?？ㄋ柺澜绫黧w育場(chǎng)項(xiàng)目存在大量大體積混凝土工程，其中支撐體育場(chǎng)上部鋼結(jié)構(gòu)的大立柱是典型的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在卡塔爾高溫度高濕度的環(huán)境下，其混凝土施工十分特殊，本文將其施工中的要點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，希望對(duì)我國相似的大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工有所裨益[1]。

由中國鐵建和卡塔爾當(dāng)?shù)仄髽I(yè)聯(lián)合承建的魯塞爾體育場(chǎng)是2022年世界杯主體育場(chǎng)，其設(shè)計(jì)容納觀眾人數(shù)達(dá)9萬人，是標(biāo)準(zhǔn)的超大單體建筑。體育場(chǎng)上部設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)加玻璃幕墻，其重量主要由體育場(chǎng)周圍的24根大型立柱支撐，立柱寬2m，長4m，高21.67m，豎向分3段施工，屬于典型的大體積混凝土施工。大型立柱施工期間正值卡塔爾夏季，工地上空氣溫度白天約為40℃，晚上約為34℃，給大型立柱的大體積混凝土施工帶來很大困難。大型立柱內(nèi)鋼筋配置極為密集，局部鋼筋含量高達(dá)136kg/m3，混凝土澆筑、振搗和觀察困難較大。由于此立柱為體育場(chǎng)最為重要的承重結(jié)構(gòu)，因此，確保其施工質(zhì)量是項(xiàng)目土建施工最為重要的一項(xiàng)要求，為此項(xiàng)目采取以下重要措施確保大體積混凝土的施工質(zhì)量。

2 原材料設(shè)計(jì)配合比

2.1 設(shè)計(jì)施工原材料配合比的關(guān)鍵點(diǎn)

設(shè)計(jì)施工原材料配合比的關(guān)鍵點(diǎn)包括：

1）施工人員需考慮普通水泥水化熱較高的問題，尤其是對(duì)于大體積混凝土施工而言，在大量水泥水化熱無法散發(fā)的情況下，混凝土內(nèi)部溫度也會(huì)隨之增高，從而出現(xiàn)與混凝土表面溫度差較大的情況，進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土內(nèi)部與表面，分別出現(xiàn)壓應(yīng)力與拉應(yīng)力。若是表面拉應(yīng)力大于早期混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土就會(huì)形成溫度裂縫，所以施工應(yīng)盡可能使用普通硅酸鹽水泥。另外，也可以通過對(duì)礦物外加劑與化學(xué)外加劑的合理摻加，使混凝土性能出現(xiàn)變化，促進(jìn)其抗?jié)B性能的提升。

2）施工人員可以適當(dāng)使用連續(xù)級(jí)配碎石，在確保其含泥量≤1%的情況下，使粗骨料符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，相關(guān)人員在選擇石子配制混凝土?xí)r，應(yīng)注重粒徑較大且級(jí)配良好等特征，若抗壓強(qiáng)度比較高的話，用水量與水泥用量也可以適當(dāng)減少，如此不僅水泥水化熱高的問題能得到有效緩解，也能有效促進(jìn)混凝土溫升降低。

3）施工人員可以使用模數(shù)2.6的II區(qū)中砂，在保證含泥量≤1%的情況下，提高細(xì)骨料的質(zhì)量。盡可能選擇平均粒徑較大的中、粗砂拌制混凝土，與細(xì)砂拌制混凝土相比較來看，用水量能降低約10%，在水泥用量適當(dāng)減少的同時(shí)，對(duì)混凝土溫升降低十分有利，進(jìn)而緩解混凝土收縮的問題。

4）受到混凝土澆筑方式為泵送的影響，為使混凝土泵送的便利性得到保證，可以摻加適量的粉煤灰，對(duì)水化熱與混凝土和易性改善來講十分有幫助。

5）礦粉能起到改善混凝土和易性的作用，在便于泵送的同時(shí)也能替代水泥，降低混凝土水熱化對(duì)強(qiáng)度的影響。

2.2 原材料設(shè)計(jì)配合比

在大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該全面考慮工程項(xiàng)目施工要求，盡量降低混凝土原材料產(chǎn)生的熱量，從而能夠有效降低大體積混凝土絕對(duì)溫升，避免澆筑過程出現(xiàn)內(nèi)外溫差過大的情況。

本項(xiàng)目中大型立柱使用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C60，每平方米各成分含量為：普通硅酸鹽水泥157kg，粒化高爐礦渣粉270kg，微硅粉23kg，20mm粒徑粗骨料710kg，10mm粒徑粗骨料430kg，細(xì)骨料 770kg，超塑化劑HP510 3~5kg，水 140kg。

其中，普通硅酸鹽水泥水化反應(yīng)速度快，早期強(qiáng)度高，在澆筑到立柱高位時(shí)，有利于減少混凝土對(duì)模板的壓力，該水泥后期強(qiáng)度高，適用于制作高強(qiáng)度混凝土。但普通硅酸鹽水泥水化熱較大，不符合大體積混凝土溫控的要求。為了有效減小混凝土產(chǎn)生的熱量，混凝土中使用了大量粒化高爐礦渣粉作為摻合料，該摻合料可產(chǎn)生與水泥相似的強(qiáng)度，且產(chǎn)生熱量大大減少。另外，使用礦渣粉可使混凝土的和易性提高，有利于泵送澆筑，可使混凝土初凝時(shí)間延長，有利于高溫條件下的運(yùn)輸，可使混凝土的耐久性顯著提高。微硅粉的使用可以顯著提高混凝土的抗壓、抗折、抗?jié)B、防腐、抗沖擊及耐磨性能，該體育場(chǎng)位置離海很近，常年處于高濕環(huán)境中，易受到氯鹽污染侵蝕、使用微硅粉可以使混凝土耐久性大大提高，微硅粉還具有保水、防止離析、泌水、大幅降低混凝土泵送阻力的作用[1]。混凝土中的粗骨料用的是20mm和10mm粒徑的石子，小粒徑的石子確?；炷量梢跃鶆虻卦诟呙芏蠕摻钪g澆筑。細(xì)骨料為模數(shù)2.6的II區(qū)中砂，在保證含泥量≤1%的情況下，提高細(xì)骨料的質(zhì)量，盡可能選擇平均粒徑較大的中、粗砂拌制混凝土，與細(xì)砂拌制混凝土相比，用水量能降低約10%，在水泥用量適當(dāng)減少的同時(shí)，對(duì)混凝土溫升降低十分顯著，進(jìn)而緩解混凝土收縮的問題。超塑化劑使用的是來自Epsilone公司的HP510，它是一種高效的減水劑，同時(shí)可以增加混凝土強(qiáng)度、提高耐久性、提高和易性和改善混凝土外觀，是一種多功能的混凝土外加劑。此結(jié)構(gòu)混凝土原材料中的水膠比為0.31，低水膠比可以有效降低大體積混凝土水化作用產(chǎn)生的熱量。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，該配合比混凝土的7d養(yǎng)護(hù)平均強(qiáng)度為61.4MPa，28d養(yǎng)護(hù)平均強(qiáng)度為73.2MPa，完全符合設(shè)計(jì)要求，其他主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1和表2所示，均符合卡塔爾當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)。

表1 立柱混凝土骨料篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 混凝土試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)

3 高溫條件下大體積混凝土施工

3.1 控制施工原材料的溫度

施工人員可以通過對(duì)原材料溫度的控制，實(shí)現(xiàn)高溫條件下對(duì)大體積混凝土溫度的控制。水泥與礦渣粉提前運(yùn)輸進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)，在陰涼處放置一段時(shí)間，使其溫度與自然環(huán)境溫度（約30℃）相接近；粗細(xì)骨料進(jìn)場(chǎng)后運(yùn)送至骨料倉，并采取有效措施控制含水率，在含水率達(dá)到砂3.5%、粗細(xì)石＜1%的情況下，將其向常用骨料倉傾倒以便后續(xù)攪拌使用；制冷水機(jī)組承擔(dān)提供混凝土攪拌所需水的責(zé)任，且制備冷水溫度維持在3℃以下，按制冷水2℃控制[2]。

3.2 控制施工用水的溫度

在混凝土出機(jī)溫度已經(jīng)確定的情況下，水溫控制實(shí)際上是最簡便且有效的溫控措施，在攪拌水中添加適量的冰塊，能使混凝土出機(jī)溫度得到有效降低；若自然混凝土溫度為30℃，添加溫度為3℃的100kg冷卻水進(jìn)行攪拌，能夠吸收的能量大概在10 000k J，混凝土溫度也能下降約4℃。但受到大體積混凝土用水量較小的影響，在與其他措施相比較來看效果依然不足，所以僅添加冰塊是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其他原材料預(yù)冷技術(shù)也應(yīng)盡可能利用。

3.3 控制骨料的溫度

高溫條件下的骨料表面都比較干燥，且通常情況下這類施工原材料的表面溫度，都要比大氣溫度高約10℃，施工人員可以將有關(guān)規(guī)范作為根據(jù)，使骨料表面的相對(duì)濕度得到提高，進(jìn)而將溫度適當(dāng)降低2~4℃。因此，在大體積混凝土施工的骨料儲(chǔ)備方面，遮陽覆蓋以及噴淋冷水也是十分有效的方法。與此同時(shí)，砂作為溫度控制的關(guān)鍵所在，也能夠在混凝土中占據(jù)1/4~1/3，在其含水率高這一優(yōu)勢(shì)的影響下，其綜合比熱容也比較高，所以砂在每降低4℃的情況下，新拌混凝土溫度也能降低1℃。

3.4 控制運(yùn)輸過程中的溫度

混凝土運(yùn)輸車都盡可能采取配套的罐體保溫套，使運(yùn)輸過程中罐車內(nèi)混凝土隔熱得到最大程度上的保障。在將混凝土快速運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，由事先設(shè)立好的調(diào)度人員，對(duì)運(yùn)輸車各布料點(diǎn)展開調(diào)控，以在盡量短的時(shí)間內(nèi)用完新到場(chǎng)的全部預(yù)拌混凝土，進(jìn)一步降低混凝土的等待時(shí)間，使溫度升高迅速的問題得以規(guī)避。

3.5 控制澆筑過程中的溫度

在泵送混凝土的過程中，相關(guān)人員必須要注重高溫時(shí)段對(duì)泵送管道的隔熱。相關(guān)人員需將木跳板鋪設(shè)于泵送管道的支撐架上，泵管兩側(cè)100～150mm處也需要設(shè)立木跳板，并使用木方斜撐固定，如此便形成了一個(gè)泵管隔熱簡易木槽。

施工人員應(yīng)在澆筑前24h，在施工現(xiàn)場(chǎng)合理鋪設(shè)帆布以起到遮陽的作用，使太陽直射的情況得以規(guī)避，帆布在澆筑過程中根據(jù)施工進(jìn)度逐漸展開，并使用適量冷水以噴霧的形式，降低已揭開部位鋼筋的溫度。

3.6 通過預(yù)裝的測(cè)溫導(dǎo)線進(jìn)行溫度檢測(cè)

在鋼筋綁扎完畢以后，將3根測(cè)溫導(dǎo)線豎向預(yù)埋在鋼筋籠上，其中2根預(yù)埋在立柱2個(gè)對(duì)角處，據(jù)立柱側(cè)表面100~150mm，第3根測(cè)溫導(dǎo)線預(yù)埋在立柱橫截面中心處，每1根測(cè)溫導(dǎo)線每1m設(shè)置1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。在混凝土澆筑前開始測(cè)溫，測(cè)溫裝置將每1h測(cè)量1次溫度，持續(xù)8d。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員每24h讀取1次測(cè)溫導(dǎo)線中的相關(guān)數(shù)據(jù)。相關(guān)管理人員必須要提高對(duì)各環(huán)節(jié)溫度檢測(cè)的重視程度，檢測(cè)混凝土表面與大氣溫差、降溫速率、最大溫升值、混凝土中心和表面的溫差，確保混凝土不會(huì)因溫差過大產(chǎn)生裂縫[3]。

3.7 澆筑完成后的養(yǎng)護(hù)

在混凝土施工結(jié)束之后，可以采用保溫方法對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免混凝土表面溫度降低過快，從而有效降低大體積混凝土澆筑塊體的內(nèi)外溫差值，進(jìn)而一定程度上降低混凝土塊體的自約束應(yīng)力[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于大體積混凝土施工而言，溫度是其中非常關(guān)鍵的一個(gè)控制指標(biāo)，特別是在高溫條件下，混凝土溫度指標(biāo)控制是保證大體積混凝土性能的最為重要的因素。因此，在確保混凝土配合比合理的前提下，對(duì)影響混凝土溫度的因素進(jìn)行科學(xué)干預(yù)與控制是非常必要的，這也是混凝土溫度控制方面的重中之重。除此之外，通過對(duì)溫控措施的合理運(yùn)用，也能有效控制混凝土的施工溫度，進(jìn)而使大體積混凝土溫度指標(biāo)滿足工程要求。