楊東赤
(中國鐵建國際集團有限公司,北京100000)
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,其施工方法和技術也將有所不同??ㄋ柺澜绫黧w育場項目存在大量大體積混凝土工程,其中支撐體育場上部鋼結構的大立柱是典型的大體積混凝土結構,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進行分析總結,希望對我國相似的大體積混凝土結構施工有所裨益[1]。
由中國鐵建和卡塔爾當?shù)仄髽I(yè)聯(lián)合承建的魯塞爾體育場是2022年世界杯主體育場,其設計容納觀眾人數(shù)達9萬人,是標準的超大單體建筑。體育場上部設計為鋼結構加玻璃幕墻,其重量主要由體育場周圍的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。大型立柱內鋼筋配置極為密集,局部鋼筋含量高達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最為重要的承重結構,因此,確保其施工質量是項目土建施工最為重要的一項要求,為此項目采取以下重要措施確保大體積混凝土的施工質量。
設計施工原材料配合比的關鍵點包括:
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,混凝土內部溫度也會隨之增高,從而出現(xiàn)與混凝土表面溫度差較大的情況,進一步導致混凝土內部與表面,分別出現(xiàn)壓應力與拉應力。若是表面拉應力大于早期混凝土抗拉強度,混凝土就會形成溫度裂縫,所以施工應盡可能使用普通硅酸鹽水泥。另外,也可以通過對礦物外加劑與化學外加劑的合理摻加,使混凝土性能出現(xiàn)變化,促進其抗?jié)B性能的提升。
2)施工人員可以適當使用連續(xù)級配碎石,在確保其含泥量≤1%的情況下,使粗骨料符合有關標準。同時,相關人員在選擇石子配制混凝土時,應注重粒徑較大且級配良好等特征,若抗壓強度比較高的話,用水量與水泥用量也可以適當減少,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,提高細骨料的質量。盡可能選擇平均粒徑較大的中、粗砂拌制混凝土,與細砂拌制混凝土相比較來看,用水量能降低約10%,在水泥用量適當減少的同時,對混凝土溫升降低十分有利,進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,在便于泵送的同時也能替代水泥,降低混凝土水熱化對強度的影響。
在大體積混凝土配合比設計階段,應該全面考慮工程項目施工要求,盡量降低混凝土原材料產生的熱量,從而能夠有效降低大體積混凝土絕對溫升,避免澆筑過程出現(xiàn)內外溫差過大的情況。
本項目中大型立柱使用的混凝土設計強度為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速度快,早期強度高,在澆筑到立柱高位時,有利于減少混凝土對模板的壓力,該水泥后期強度高,適用于制作高強度混凝土。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生的熱量,混凝土中使用了大量?;郀t礦渣粉作為摻合料,該摻合料可產生與水泥相似的強度,且產生熱量大大減少。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,可使混凝土初凝時間延長,有利于高溫條件下的運輸,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]?;炷林械拇止橇嫌玫氖?0mm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,提高細骨料的質量,盡可能選擇平均粒徑較大的中、粗砂拌制混凝土,與細砂拌制混凝土相比,用水量能降低約10%,在水泥用量適當減少的同時,對混凝土溫升降低十分顯著,進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,同時可以增加混凝土強度、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。此結構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生的熱量。
經過反復試驗,該配合比混凝土的7d養(yǎng)護平均強度為61.4MPa,28d養(yǎng)護平均強度為73.2MPa,完全符合設計要求,其他主要試驗數(shù)據(jù)如表1和表2所示,均符合卡塔爾當?shù)貥藴省?/p>
表1 立柱混凝土骨料篩分試驗數(shù)據(jù)
表2 混凝土試驗主要數(shù)據(jù)
施工人員可以通過對原材料溫度的控制,實現(xiàn)高溫條件下對大體積混凝土溫度的控制。水泥與礦渣粉提前運輸進施工現(xiàn)場,在陰涼處放置一段時間,使其溫度與自然環(huán)境溫度(約30℃)相接近;粗細骨料進場后運送至骨料倉,并采取有效措施控制含水率,在含水率達到砂3.5%、粗細石<1%的情況下,將其向常用骨料倉傾倒以便后續(xù)攪拌使用;制冷水機組承擔提供混凝土攪拌所需水的責任,且制備冷水溫度維持在3℃以下,按制冷水2℃控制[2]。
在混凝土出機溫度已經確定的情況下,水溫控制實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遠不夠的,其他原材料預冷技術也應盡可能利用。
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規(guī)范作為根據(jù),使骨料表面的相對濕度得到提高,進而將溫度適當降低2~4℃。因此,在大體積混凝土施工的骨料儲備方面,遮陽覆蓋以及噴淋冷水也是十分有效的方法。與此同時,砂作為溫度控制的關鍵所在,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℃。
混凝土運輸車都盡可能采取配套的罐體保溫套,使運輸過程中罐車內混凝土隔熱得到最大程度上的保障。在將混凝土快速運至施工現(xiàn)場后,由事先設立好的調度人員,對運輸車各布料點展開調控,以在盡量短的時間內用完新到場的全部預拌混凝土,進一步降低混凝土的等待時間,使溫度升高迅速的問題得以規(guī)避。
在泵送混凝土的過程中,相關人員必須要注重高溫時段對泵送管道的隔熱。相關人員需將木跳板鋪設于泵送管道的支撐架上,泵管兩側100~150mm處也需要設立木跳板,并使用木方斜撐固定,如此便形成了一個泵管隔熱簡易木槽。
施工人員應在澆筑前24h,在施工現(xiàn)場合理鋪設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。
在鋼筋綁扎完畢以后,將3根測溫導線豎向預埋在鋼筋籠上,其中2根預埋在立柱2個對角處,據(jù)立柱側表面100~150mm,第3根測溫導線預埋在立柱橫截面中心處,每1根測溫導線每1m設置1個測溫點。在混凝土澆筑前開始測溫,測溫裝置將每1h測量1次溫度,持續(xù)8d?,F(xiàn)場技術人員每24h讀取1次測溫導線中的相關數(shù)據(jù)。相關管理人員必須要提高對各環(huán)節(jié)溫度檢測的重視程度,檢測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,確保混凝土不會因溫差過大產生裂縫[3]。
在混凝土施工結束之后,可以采用保溫方法對混凝土進行養(yǎng)護,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外溫差值,進而一定程度上降低混凝土塊體的自約束應力[4]。
綜上所述,對于大體積混凝土施工而言,溫度是其中非常關鍵的一個控制指標,特別是在高溫條件下,混凝土溫度指標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?;炷僚浜媳群侠淼那疤嵯拢瑢τ绊懟炷翜囟鹊囊蛩剡M行科學干預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,通過對溫控措施的合理運用,也能有效控制混凝土的施工溫度,進而使大體積混凝土溫度指標滿足工程要求。