高性能混凝土高温施工条件下保证质量措施的探讨

２０１０年第ｌ０期　（总第１４５期）　中围高新技术企业　Ｃｈｉｎａ　Ｈｉ－Ｔｅｃｈ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　Ｎ０．１０，２Ｏｌ０　（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．１４５）　高性能混凝土高温施工条件下保证质量措施的探讨　司可　（中国矿业大学（北京）力学与建筑学院，北京１０００８３）　摘要：铁路客运专线结构物采用高性能混凝土，高温天气下拌合、浇筑和养护混凝土将会使高性能混凝土的水泥水合　速率与湿度蒸发速率增加，这将会对混凝土特性及使用可靠性产生负面影响。文章结合国内外一些工程的做法，提　出了在高温条件下保证混凝土质量的措施，供相关人员参考。　关键词：客运专线；高性能混凝土；高温、低热水泥；高温型缓凝；液态氮　中圈分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１０）０９—０１４２—０２　武广铁路客运专线结构物采用高性能混凝土（简称　ＨＰＣ）由于具有特性高的弹性模量、高密实度、低渗透性、高耐　化学腐蚀性、高耐久性、低温升、便于施工等特点，用它来替代　传统的混凝土建造在严酷环境中的特殊结构，在工程安全使　用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效　月份　表１武广客专施工沿线高温天气情况　武汉　平均　绝对　相对　平均　长沙　绝对　相对　平均　广州　绝对　相对　最大值　最大值　Ｃ　。Ｃ　温度　■　最大值　最大值　浸度　Ｃ　。Ｃ　＇　最大值　最大值　程度　’Ｃ　‘Ｃ　Ｉ　益。高温天气下拌合、浇筑和养护混凝土将会使高性能混凝　土混凝土的水泥水合速率与湿度蒸发速率增加，这将会对混　凝土特性及使用可靠性产生负面影响。水泥的水合速率与混　五月　２５．８　３７　Ｏ　８０　２Ｓ．７　０５．５　８２　２９　４　３６．２　８５　六月　七月　八月　３０．１　３３．０　３２．９　３ｒ　８　ｔ，２　０　３９．４　７ｇ　７９　７９　３Ｏ．Ｉ　３４．０　３３　５　３＆２　３９．４　４Ｏ　６　８０　．３　３２　７　３６．６　３８　１　３８．Ｔ　８５　８３　８２　凝土温度、水泥成分、粒度及所使用的掺合剂有关。一般要求　混凝土芯部温度最高不超过６５℃，升降速率不超过ＩＯ￣Ｃ／ｈ。　与混凝土表面的温差不超过２Ｏ℃。国内外一些工程的大体　７５　３２．６　九月　２８．２　３８　０　７＂／　２５．ｅ　３８．２　７７　３１　４　３７．６　７９　积混凝土对最高温度的要求如下：　马来西亚一ＳｕｎＧａｉＰｒａｙ桥　阿联酋一Ｓａａｄｉｙａｔ桥　６０℃　６５℃　２．混凝土流动性下降快，因而要求现场施工水量增加。　３．混凝土凝固速率的增加，从而增加了摊铺、压实及成　形的困难。　４．收缩裂缝产生可能性加大。　中国香港一Ｔｉｎｇｋａｕ桥　中国一小浪底水利枢纽大坝　德国一Ｓｌｕｉｃｅ　Ｕｅｌｚｅｎ　ＩＩ二号船闸　埃塞俄比亚一ＨＥＰ项目的Ｇｉｌｇｅｌ　Ｇｉｂｅ　荷兰一鹿特丹地铁　６５℃　４５℃一５５℃　５５℃　６０℃　４５℃　５．控制气泡状空气存在于混凝土中的难度增加。　（二）对混凝土固化过程的影响　１．因为较高的含水量、较高的混凝土温度，将导致混凝　土２８ｄ和后续强度的降低，或者是混凝土凝固过程中及初凝　过程中混凝土强度的降低。　２．因整体结构冷却或不同断面温度的差异，使得固化收　缩裂缝和温度裂缝产生的可能性增加。　印度一新德里地铁　一５０ｃｃ　、高温天气界定　３．裂缝将导致混凝土耐用性能降低。　４．由于水合速率或水中粘性材料比率的不同，会导致混　如颜色差异等。　情形的组合：（１）高的外界环境温度；（２）高的混凝土温度；（３）　凝土表面摩擦度的变化，５．腐蚀溶液进入会增加钢筋被腐蚀的可能性。　低的相对湿度；（４）较大风速；（５）强的阳光照射。　６．高含水量、不充分的养护、碳酸化、轻集料或不适当的　上述天气条件可以发生在热带或干燥性气候地区中一年　高温天气是指夏季环境温度较高的情况，主要包括下述　可导致混凝土渗透性增加。　的任何时间，而在其他地区则通常发生在夏季。在春季和秋　集料混合比例，季，由于２４　ｈ之内的温差变化相当大，在混凝土浇筑过程中，　因温度变化而导致混凝土收缩产生的早期裂痕也相当严重。　即使天气温度是相同的，有风、有阳光的天气与无风、潮湿的　天气相比，施工中应采取更为严格的预防性的措施。武广客　专施工沿线高温天气情况见表１。　三、高温条件下保证混凝土施工质量措施　（一）优化混凝土原料及施工配合比　１．采用低脆性低热水泥。选用低水化热，低脆性水泥，　高温高效外加剂，调整粉煤灰掺量，使用合理的配合比，减少　砼绝热温升，使砼在本质上得到改善。　选用低热（ＬＨ）或中热（ＭＨ）水泥，水合热度≤２２０Ｊ／ｇ　（ＬＨ）或者≤２７０Ｊｉｇ（ＭＨ）；选用胶凝混合（水泥＋ＰＦＡ或者　二、高温天气对混凝土浇筑的影响　（一）对搅拌的影响　１．拌合水量的增加；　１４２一　水泥＋ＧＧＢＳ），取决于结构的要求。也可以使用ＰＦＡ成分占　一总胶凝重量４ｏ％或ＧＧＢＳ成分占７０％的材料；或选用水泥＋　刚拌和好的混凝土中，这也是一种降低混凝土温度的有效方　粉煤灰＋矿渣。　法。当管嘴附近的混凝土冰冻时，混凝土达到了其最低的极　２．采用高温型缓凝高效减水剂。采用高温型缓凝高效　限温度，如果混凝土温降在８￣Ｃ以内，该方法是可行的。该方　减水剂能降低水泥早期水化热，延缓混凝土的凝结时间。　法被成功应用于许多大体积混凝土的施工中，并且尽管注入　３．采用高掺粉煤灰技术。工程实践证明，高掺粉煤灰是　了大量的液态氮，但混凝土的性能不受到任何负面的影响，但　降低混凝土绝热温升的主要措施之一，可简化温控措施，防止　该方法的运行费用相对较高。　因混凝土温度应力产生裂缝。高温季节混凝土施工，在高掺　用液氮直接冷却混凝土需配置如下设备：液氮储存箱、带　粉煤灰（５０％～６５％）的情况下，大体积混凝土的绝热温升一　有中心混合器的注入设备，或者是带有一个或多个注入点的　般为１２℃～１８ｃｃ。因此，在夏季施工虽然混凝土的入仓温度　移动混合器。上述设备可以在开始工作前的最后几分钟在施　很高（达３６％），但由于大体积混凝土体内外温度梯度小仍不　工现场安装，这可以减少混凝土搅拌站和施工现场间混凝土　会出现温度应力裂缝。况且，在粉煤灰掺量达５０％以后，混　运输而导致的温度升高。　凝土的１年强度增长率可达到１７３％一２６４％。　在冷却的过程中需要定时补充消耗的氮气，所需液氮的　４．优化施工配合比。为保证混凝土的９０ｄ的设计强度，　量是随配合比例、配合成分以及温度降低不同情况而变化的。　减少内部温度最高值的梯度，混凝土在总胶材不变的情况下，　一般混凝土温度降低０．５ｃｃ，则需要４８ｍ　的液氮。　粉煤灰掺量拟按大气温度及混凝土入仓温度不同而适当调　（三）粗集料的冷却　整。例如：阿联酋阿布扎比，萨迪亚特桥梁工程和武广铁路株　粗集料冷却的有效方法是用冷水喷洒或用大量的水冲洗。　洲湘江特大桥混凝土配合比的比较见表２：　由于粗集料在混凝土搅拌过程中占有较大的比例，降低粗集料　表２阿联酋萨迪亚特桥梁工程和武广铁路株洲湘江特大桥　大约１ｏＣ±０．５℃的温度，则最后混凝土的温度可以降低０．５℃。　混凝土配合比的比较　采用此冷却方法时，要求施工现场有大量的冷却水和必要的水　材料　含量　材料　含置　冷装置。由于粗集料可以被集中在筒仓内或箱柜容器内，因此　株洲西湘江持丈桥　阿布扎比，萨迪亚特桥梁工程　Ｐ．０．４２．５　３７０　ｋｇ｛　普通硅酸盐水泥　１３５　ｋｇ／　粗集料的冷却可以在很短时间内完成，在冷却过程中要控制水　ＣＡＢＳ矿渣　ｌ００　ｋｇ／ｒ￣＇　ＧＧＢｓ矿渣　２８０　ｋｇ／ｍ＇　量的均匀性，以避免不同批次之间形成的温度差异。　ＭＳＦ硅粉　３Ｏ　ｋｇ／ｍ＂　ＭｓＦ硅粉　１０　ｋｇ／ｍ＇　集料的冷却也可以通过向潮湿的集料内吹空气来实现。　总水量　１５５　ｋｇ／ｍＪ　总水量　１６０　ｋｇ／　沙　７０２　ｋｇ／ｍ＇　沙　８７３　ｋｇ／ｒａ＇　粗集料内空气流动可以加大其蒸发量，从而使粗集料降温在　骨料　１０ｌ８　ｋｇ／ｍ＇　骨料　９７６　ｋｇｌｍ＂　ｌ湿球温度范围内。该方法的实施效果与环境温度、相对湿　水胶比　０　３ｌ　水胶比　Ｏ．３８　度和空气流动的速度有关。如果用冷却后的空气代替环境温　Ｉ　强度　Ｃ６０　强度　Ｃ５０　度下的空气，可以使粗集料降低７℃。　（二）降低原材料的初始温度　１．冷却混凝土拌合水，降低混凝土温度。通过降低拌合　四、结论和建议　水的温度可以使混凝土冷却至理想温度，采用该种方法，混凝　（一）结论　土温度的最大降幅可以达到６℃。但是在施工过程中应注意　１．高温条件下保证混凝土质量的措施化学方法有：采用　冷却水的加人量不能超过混凝土拌合水的需求量，需求量的　低脆性低热水泥；采用高温型缓凝高效减水剂；采用高掺粉煤　多少与混凝土集料的湿度和配合比例有关。对于拌合水的冷　灰技术；优化施工配合比。　却可以采用热泵的技术，热泵可以加热或冷却混凝土。除了　２．物理方法有：冷却混凝土拌合水，降低混凝土温度；用　施工过程中的运行费用外，该方法需要增加机械冷却设备的　冰替代部分拌合水；用液态氮冷却搅拌后的混凝土；用冷水喷　投资费用和冷却水储存池的建设费用。冷却水储存池的容积　洒或用大量的水冲洗冷却粗集料。　应能满足混凝土生产量的需要。　（二）建议　另一种方法可以采用液氮冷却混凝土的拌合水：通过向　还可采取的措施有：　绝热的储水池中注入液氮可以迅速使混凝土拌合水冷却，冷　１．选用可快速摊铺和有效压实的混凝土。　却后的拌合水然后被注人拌合池中。或者在拌合水进入混凝　２．减少混凝土的运输、摊铺、压实与凝固时间。　土搅拌器前的水流中注入液氮，使拌合水变成冰水混合物，此　３．有效地安排工作，避免混凝土长时间暴露。　方法能使混凝土降温高达１１℃，冰与水的比率一定要合适，　４．当天气条件有利时，在白天或夜晚合理地安排混凝土　以保证混凝土的温度降至理想程度。该方面需配置的构筑物　的摊铺工作；在摊铺和养护期间，应避免混凝土温度的损失。　与设备，绝热的拌合水储存池、液氮的储存容器、批量控制器　５．在实施前组织讨论会，研究高温天气下混凝土凝固的　和一些其他辅助装置。　一些必要条件。　２．用冰替代部分拌合水。用冰代替部分拌合水可以降低　混凝土温度，其降低温度的幅度受到用冰替代拌合水数量的限　参考文献　制，对于大多数混凝土，可降低的最大温度为ｌ１℃。为了保证　［１中华人民共和国铁道部．客运专线铁路桥涵基工程　１］正确的配合比例，应对加入混凝土中冰的重量进行称重。如果　施工质量验收暂行标准［Ｓ】．２００５．　采用冰块进行冷却，需要使用粉碎机将块冰粉碎，然后加入至　【２］中华人民共和国铁道部．客运专线铁路桥涵工程施　混凝土搅拌器中。使用块冰最大的一个障碍是供应量不足。　工技术指南『Ｓ］．２００５．　另外一种替代方法是在混凝土生产厂的附近建一个制冰　【３】武汉天气预报网．ｗｗｗ．ｗｅｔｔｅｒ．ｃｏｍ．　厂，当冰被生产出来后，称量、破碎，然后送人混凝土搅拌器内。　制冰厂也可以生产片冰，但是片冰加工系统的投资费用较大。　作者简介：司可（１９７６一），女，辽宁大连人，中国矿业大学　３．用液态氮冷却搅拌后的混凝土。液态氮直接注入刚　（北京）力学与建筑学院经济师，研究方向：工程项目管理。　一１４３—