非洲沿海地區(qū)大體積混凝土高溫施工處理措施

林錦 中交灣區(qū)（廣東）投資發(fā)展有限公司 中國港灣工程有限責(zé)任公司

1.引言

吉布提位于北緯11°39′，東經(jīng)42°25′，處于非洲板塊與阿拉伯板塊交界處，境內(nèi)靠近海岸的Assal鹽湖所在地帶，既是非洲最低點(diǎn)，也是全球陸地海拔第二低點(diǎn)。特殊的地理位置、板塊運(yùn)動(dòng)及水分高蒸發(fā)率，致使該區(qū)域成為世界上最高溫地區(qū)之一，地帶每年6～9月平均溫度可達(dá)40℃以上。在如此環(huán)境下，進(jìn)行新建碼頭所用大體積混凝土沉箱預(yù)制施工，需要合理設(shè)計(jì)施工工藝、開展處理措施，以緩解高溫加劇的混凝土水化熱過大等問題，防止混凝土開裂，從而保障施工質(zhì)量。

2.工程簡(jiǎn)介

2.1 工程概況

吉布提鹽業(yè)出口碼頭項(xiàng)目是當(dāng)?shù)卣疄榕浜螦ssal鹽湖開發(fā)專門建設(shè)的碼頭。本項(xiàng)目擬新建一個(gè)總長(zhǎng)約400m的10萬噸級(jí)碼頭及配套設(shè)施，由7個(gè)獨(dú)立墩臺(tái)組成，采用沉箱結(jié)構(gòu)。沉箱有A1、A2、B三種型號(hào)共13件，皆為十字型隔墻的方型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土標(biāo)號(hào)為C40，混凝土總用量約2738.6立方米，其中，沉箱編號(hào)A1型6件，尺寸為9.12m×9.02m×10.00m，單件混凝土用量238.46立方米，用于靠船墩BD1～5和系纜墩MD2下層；沉箱編號(hào)A2型6件，尺寸為9.12m×9.02m×9.00m，單件混凝土用量182.79立方米，用于靠船墩BD1～5和系纜墩MD2上層；沉箱編號(hào)B型1件，尺寸為9.12m×9.02m×10.00m，單件混凝土用量211.11立方米，用于系纜墩MD1。

2.2 施工工藝

考慮沉箱混凝土方量較大，連續(xù)澆筑施工強(qiáng)度大，且不利于溫控，為保證施工質(zhì)量，本項(xiàng)目采用混凝土整體分層澆筑的施工方法進(jìn)行碼頭沉箱預(yù)制，選用鋼材作模板，在現(xiàn)場(chǎng)綁扎底板和墻體鋼筋。此外，為減少運(yùn)輸距離和時(shí)間，降低高溫對(duì)施工影響，混凝土拌和系統(tǒng)設(shè)置在預(yù)制場(chǎng)，混凝土由攪拌站集中攪拌，再用地泵直接輸送入模。

3.本項(xiàng)目高溫施工難點(diǎn)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目開始初期即計(jì)劃通過綜合分析本項(xiàng)目整體建設(shè)特點(diǎn)，梳理項(xiàng)目實(shí)施過程中將主要存在的難點(diǎn)，而鑒于沉箱預(yù)制在本項(xiàng)目施工的關(guān)鍵路徑上，同時(shí)綜合考慮項(xiàng)目實(shí)施外圍邊界條件存在氣候極端、建材供應(yīng)不足等部分板塊短板，初步判斷沉箱預(yù)制施工較大可能存在諸多困難和調(diào)整，因此，本項(xiàng)目沉箱預(yù)制即列為計(jì)劃重點(diǎn)也是難點(diǎn)，需開展深入研究判斷，以便后續(xù)施工進(jìn)行相應(yīng)處理。為確保項(xiàng)目整體順利實(shí)施，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)組織研究沉箱預(yù)制施工工序，并提煉總結(jié)了該過程可能面臨的三大主要難點(diǎn)。

3.1 高溫高蒸發(fā)率，提高混凝土施工難度

項(xiàng)目所在的阿薩勒鹽湖地區(qū)以鹽湖聞名，該鹽湖的含鹽度甚至超越死海，造成這現(xiàn)象的主要原因有二，其一是該地的地塊運(yùn)動(dòng)及地質(zhì)構(gòu)造，其二即是氣候因素，吉布提常年高溫，雖然沿海，但是又處赤道附近沙漠，造就了氣候以干旱少雨為主，這就促使當(dāng)?shù)卣舭l(fā)率極其高，這也就是該鹽湖的超高含鹽度的形成原因，而同樣的，這就為本項(xiàng)目的混凝土施工帶來了類似影響，即蒸發(fā)強(qiáng)烈，加之平均氣溫高，使得大體積混凝土實(shí)施過程中溫度裂縫等不利影響的發(fā)生概率極大增加。

3.2 設(shè)備物資匱乏，限制施工處理措施選擇

本項(xiàng)目所在地吉布提的國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，是全球最不發(fā)達(dá)的國家之一，其年國內(nèi)生產(chǎn)總值常年排名全球約兩百個(gè)國家和地區(qū)中的一百六十名之后；其工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，百分之九十五以上的農(nóng)產(chǎn)品和工業(yè)用品需要依靠進(jìn)口，這導(dǎo)致工程項(xiàng)目施工所需的材料和設(shè)備的供應(yīng)選擇非常有限，當(dāng)?shù)馗緹o法滿足項(xiàng)目采購需求，即使有限的可購選擇，質(zhì)量和數(shù)量都難以得到保障且價(jià)格及其高昂。而且，在此基礎(chǔ)上，作為中國和所在國政府高度重視和支持的項(xiàng)目，本項(xiàng)目社會(huì)效益需求高，外圍因素更加復(fù)雜，這些給項(xiàng)目整體實(shí)施及混凝土施工板塊帶來了重大挑戰(zhàn)，特別是針對(duì)本論題要研究探討的大體積混凝土條件下高溫施工處理方案選擇，并非簡(jiǎn)單地認(rèn)為考慮進(jìn)口即可，而需深入調(diào)研對(duì)比，綜合考慮工程工期、質(zhì)量、成本、政策等綜合因素。

3.3 工期條件緊張，要求施工組織合理高效

通過合同解讀及工作計(jì)劃安排，基本明確項(xiàng)目整體時(shí)序預(yù)留給沉箱預(yù)制施工的工期相對(duì)較緊，在此基礎(chǔ)上，為降低高溫氣候?qū)炷潦┕さ挠绊?，?xiàng)目實(shí)施安排必然要針對(duì)性地選擇合適沉箱預(yù)制施工的邊界條件和實(shí)施時(shí)間，因此，本項(xiàng)目要求沉箱預(yù)制施工組織上需要突破難點(diǎn)，既要保障按時(shí)完成，滿足工期要求，更要在有限的時(shí)間內(nèi)降低高溫對(duì)混凝土的影響，保障混凝土施工符合質(zhì)量要求。

4.本項(xiàng)目高溫施工處理措施

針對(duì)上文介紹的本項(xiàng)目大體積混凝土高溫施工主要難點(diǎn)，穿透分析，解決問題的核心是沉箱預(yù)制施工現(xiàn)場(chǎng)的高溫及高水分蒸發(fā)率等特點(diǎn)。因此，在混凝土施工過程中，主要考慮降低水化熱、降低外部溫度、降低水分蒸發(fā)率這三個(gè)角度進(jìn)行措施設(shè)計(jì)。實(shí)踐中采取了下述相應(yīng)措施分別在混凝土原料選用及配合比設(shè)計(jì)過程、現(xiàn)場(chǎng)攪拌過程、泵送澆筑過程、養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行了高溫施工處理。

4.1 合理選用原材料及針對(duì)性設(shè)計(jì)配合比

鑒于項(xiàng)目所在國別建筑材料市場(chǎng)供應(yīng)匱乏等難點(diǎn)，綜合考慮混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗腐蝕性、抗裂能力、高溫施工、材料比選、采購價(jià)格、運(yùn)輸成本、政治穩(wěn)定等因素，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)和周邊國家市場(chǎng)調(diào)研，本項(xiàng)目沉箱預(yù)制采用的C40混凝土配合比及原材料選擇其中之一主要為：每立方混凝土配42.5R水泥423kg，5～25mm碎石1022kg，中粗砂818kg，礦物摻合料23kg，水225L，外加劑3.6L；水膠比為0.5。

其中，水泥選擇了適用于水運(yùn)工程且水化熱低，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的復(fù)合硅酸鹽水泥，主要采購周邊埃塞俄比亞進(jìn)口的Dire-Dawa Cement廠42.5R級(jí)，其質(zhì)量檢測(cè)符合我國國家標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)卣挠嘘P(guān)規(guī)定，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量亦能滿足項(xiàng)目要求，且該方案中的采購價(jià)和運(yùn)輸成本優(yōu)于所在國采購、我國境內(nèi)采購及中東采購等比選方案。

礦物摻合料選擇摻加粉煤灰，以用于降低水化熱及混凝土干燥收縮率等，同時(shí)滿足混凝土的強(qiáng)度要求，并提高其抗?jié)B性、彈性模量、抗硫酸鹽腐蝕性能等。

粗、細(xì)骨料嚴(yán)格控制含泥量，盡量選用合適的大粒徑，保證混凝土質(zhì)量，控制水化熱溫升。粗骨料采用混合級(jí)配碎石5～25mm，前期采用吉布提碎石場(chǎng)生產(chǎn)的碎石，后期由現(xiàn)場(chǎng)碎石自行生產(chǎn)。細(xì)骨料采用中粗砂，取砂點(diǎn)在Assal鹽湖道路中部。

外加劑的使用主要出于減少用水量、水泥用量和延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間從而降低過大水化熱影響的考慮，選擇了緩凝型高效減水劑，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)減水率可達(dá)20%，另在不增加水泥用量、保持混凝土坍落度的情況下，亦可顯著提高混凝土各齡期的強(qiáng)度，同時(shí)在等強(qiáng)度的條件下，可節(jié)約水泥約18%，有效降低水化熱，提升緩凝效果。

4.2 開展溫度計(jì)算分析與監(jiān)測(cè)

根據(jù)配合比進(jìn)行混凝土熱工計(jì)算，結(jié)合施工過程溫度監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)溫控處理措施設(shè)計(jì)。

表1 沉箱不同齡期混凝土熱工計(jì)算結(jié)果

在外界環(huán)境溫度較高的情況下，通過做好配合比設(shè)計(jì)和原材料選用，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)算，該配合比混凝土內(nèi)外溫差最大為20.37℃，內(nèi)部最大溫度為60.71℃，分別低于25℃和80℃，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，暫不考慮埋設(shè)冷卻管，但仍需采取必要施工措施，做好施工過程溫度檢測(cè)，保證實(shí)際溫度控制效果，如現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，則及時(shí)調(diào)整施工措施，考慮加埋冷卻水管等。

在整個(gè)沉箱預(yù)制過程開展溫度監(jiān)測(cè)，安排混凝土出機(jī)、入模溫度的測(cè)量每臺(tái)班3次，選用檢測(cè)精度為0.5℃、可測(cè)0℃～120℃范圍內(nèi)的電子溫度傳感器。出機(jī)溫度實(shí)時(shí)測(cè)量，入模及之后溫度通過在鋼筋綁扎階段預(yù)埋測(cè)溫引線，監(jiān)測(cè)探頭布置上下距底板上下邊緣各100mm，引線用定位鋼筋進(jìn)行固定。設(shè)置單次澆筑區(qū)段為一個(gè)測(cè)試區(qū)，根據(jù)沉箱平面對(duì)稱軸線的半條軸線及長(zhǎng)邊選擇豎向剖面進(jìn)行測(cè)溫點(diǎn)設(shè)置，每個(gè)豎向、橫向位置設(shè)置測(cè)溫元件8到10處，間距1.5m。檢測(cè)所得溫度結(jié)果與實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果較為接近，故施工處理措施未做大調(diào)整。

4.3 多措施進(jìn)行混凝土攪拌、輸送及澆筑溫控施工

考慮項(xiàng)目工期緊張，高溫條件更限制沉箱預(yù)制施工時(shí)間，為確保溫控達(dá)成目標(biāo)，本項(xiàng)目在施工組織過程中重點(diǎn)關(guān)注混凝土攪拌、澆筑時(shí)間的合理安排，合理統(tǒng)籌協(xié)調(diào)施工時(shí)序，盡量安排沉箱預(yù)制在當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟容^低月份，并要求避免在日最高氣溫時(shí)攪拌混凝土，盡量選擇在夜間或早上氣溫不超過40℃的條件下施工。工序安排措施一定程度能使混凝土受溫度的影響相對(duì)較小，可爭(zhēng)取混凝土初凝于溫度較低而空氣濕度相對(duì)適中的條件，以使得早期干燥和開裂的可能性最小。

拌制開始前，在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)原材料遮陽棚覆蓋，并向骨料堆中灑水，降低混凝土骨料的溫度。拌制過程中，對(duì)混凝土拌和物的出機(jī)溫度和施工氣溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并作好施工記錄，保障混凝土出機(jī)、入模溫度不得大于30℃，當(dāng)溫度超出標(biāo)準(zhǔn)，即安排加冰屑降低拌合水溫度。在泵送過程中，將混凝土泵管以土工布等保水材料覆蓋并及時(shí)噴水保持濕潤(rùn)，在混凝土泵垂直管上包敷30mm厚的濕水海綿，減少混凝土拌合物因輸送造成溫度回升，同時(shí)保障有足夠數(shù)量的防曬和覆蓋材料，以便對(duì)混凝土面層隨時(shí)覆蓋。

在澆筑之前24h用覆蓋物對(duì)鋼模板進(jìn)行遮陽隔熱，在澆筑前1h在鋼模板外側(cè)灑水冷卻，降低模板溫度。同時(shí)，與混凝土接觸的各種工具、設(shè)備和材料等進(jìn)行了類似處理，如澆筑溜槽、輸送機(jī)、泵管、混凝土澆筑導(dǎo)管、鋼筋和手推車等。振動(dòng)設(shè)備較易發(fā)熱損壞，故準(zhǔn)備足量備用振動(dòng)器。澆筑完成要保持觀察，如發(fā)現(xiàn)混凝土表面泌水，及時(shí)進(jìn)行修整，此外，觀測(cè)混凝土表面水分蒸發(fā)速度，如超過1.0kg/（m/h）就采取適當(dāng)措施，主要措施包括向表面噴水和采用防風(fēng)措施等，以降低表面蒸發(fā)速度。整體而言，做好施工全過程各項(xiàng)應(yīng)對(duì)工作，保障混凝土應(yīng)連續(xù)、快速的澆筑，盡量縮短高溫影響。

4.4 根據(jù)氣候及現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)

從混凝土強(qiáng)度保持、減少干縮影響、減少水用量（施工地區(qū)較為缺水）等方面考慮，綜合對(duì)比了養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)的混凝土與濕麻袋覆蓋養(yǎng)護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)，本項(xiàng)目最終采用養(yǎng)護(hù)劑、對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。混凝土養(yǎng)護(hù)劑即高分子制劑，該涂膜材料噴涂在混凝土表面后，可固化形成一層致密的不透水薄膜，將混凝土表面與空氣隔絕，從而大幅度降低水分從混凝土表面蒸發(fā)帶來的損失，達(dá)到養(yǎng)護(hù)的目的。

具體施工方法是用噴霧器噴涂，噴頭距離混凝土表面30cm；混凝土初凝時(shí)噴涂第一道，待養(yǎng)護(hù)劑基本成膜后再在其垂直方向噴第二道，間隔約20分鐘。養(yǎng)護(hù)劑用量控制在0.10-0.15kg/m。在此后養(yǎng)護(hù)期間，保持監(jiān)測(cè)，配合覆蓋隔熱等措施，持續(xù)做好養(yǎng)護(hù)工作。

5.效果及結(jié)論

本項(xiàng)目按照相關(guān)規(guī)范，結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)特點(diǎn)和自身情況，通過科學(xué)合理論證，并指導(dǎo)在大體積混凝土施工全過程中開展溫度控制措施，在高溫條件下，沉箱預(yù)制質(zhì)量控制良好，所有十三件沉箱均通過各方驗(yàn)收。綜上所述，在非洲沿海高溫條件下開展沉箱預(yù)制施工，大體積混凝土水化熱大，水蒸發(fā)率高等因素，確實(shí)容易加劇混凝土產(chǎn)生溫度裂縫、收縮裂縫等問題，影響施工質(zhì)量，但是通過分析所在地的氣候特點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，從混凝土原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)工作考慮降溫處理，可有效保障混凝土質(zhì)量達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)措施可為類似條件下的混凝土施工提供參考。