C80高强混凝土在戈壁地区的应用

C80高强混凝土在戈壁地区的应用

王福道曾鹏杰韩照敏

96781部队河南洛阳471000

摘要：新疆戈壁地区气候干燥，风沙多，温差大，日照长，紫外线强。C80高强混凝土在此地区的应用，笔者结合自身工作实际，从原材料技术标准，配合比的确定，施工工艺流程，质量保证措施，假凝问题的解决等进行分析阐述。

关键词：高强混凝土配合比技术标准工艺流程假凝结壳质量保证措施。

0引言

新疆戈壁地区为典型的干燥大陆性气候，降雨量少，蒸发量大，日照充足，紫外线强烈，冬季寒冷（-40℃），夏季炎热（52℃），春夏多风沙，昼夜温差大，环境条件非常恶劣[1]。尤其是在被复施工中所采用的C80高强混凝土更是工程建设史上在戈壁地区的突破性应用，为高标准完成工程建设任务，梳理总结施工中的经验做法，也为了今后类似高强混凝土工程施工提供理论数据和经验参考。

1原材料技术参数[3]

1.1水泥

新疆库尔勒天山52.5PⅡ型硅酸盐水泥。28d胶砂强度≥50MPa，碱含量<0.6%，氯离子含量≤0.03%，3天水化热≤240KJ/KG，7天的水化热≤270KJ/KG。

1.2粉煤灰

新疆乌鲁木齐。一级粉煤灰细度≤12%，烧失量≤5%，蓄水量比≤95%，含水率≤1.0%，三氧化硫≤3%。

1.3硅灰

四川成都。细度小于1μm的占80%以上，平均粒径在0.1-0.3μm，比表面积≥20-28m2/g，活性指数≥85%，烧失量≤6.0%，Si02含量≥95%。

1.4砂

新疆托克逊。石英砂，细度模数2.3-2.6Ⅱ区中砂，含泥量≤1.0%，泥块含量≤0.5%，16-36目，SiO2含量≥95%以上连续级配石英砂。

1.5石子

新疆托克逊。花岗岩碎石，5-20mm连续级配人工花岗岩石子，母岩轴向抗压强度＞150MPa。

1.6钢纤维

河北玉田。长度30±15%mm、等效直径0.7±15%、长径比40-60、抗拉强度≥1000MPa。

1.7减水剂

河北石家庄。GK3000型减水剂，减水率≥30%，含气量≤4.5%，初凝时间＞+90min,7D抗压强度比标准型≥150%，缓凝型≥140%，1h经时变化量、坍落度≤60，含固物≥22%，掺量2.1%。

1.8水

工地井水。

2配合比

高强混凝土的配合比，应根据施工工艺要求的拌合物工作性和结构设计要求的强度，充分考虑施工运输和环境温度等条件进行设计通过试配，并经现场试验确认满足要求后方可正式使用。高强混凝土的配合比应有利于减少温度收缩、干燥收缩、自生收缩引起的体积变形，避免早期开裂。[4]配合比试配应采用工程实际使用的原材料，进行混凝土拌合物性能、力学性能和耐久性能试验，试验结果应满足设计和施工的要求。[5]

2.1试验配合比

3施工工艺流程

3.1施工作业工艺流程

图3施工作业工艺流程示意图

3.2被复混凝土工艺流程

基础垫层砼浇筑→编扎遮弹层钢筋→敷设冷却水管、测温管→立模→封挡头→浇筑、捣固→拆模→混凝土表层覆膜，成品保护→养护28天

3.3被复混凝土质量监控工作流程

4质量保证措施

4.1高温防暑施工措施

4.1.1施工安排

针对新疆戈壁地区昼夜温差大、强风、干燥的极端天气，无论是中午的高温，或是晚上的低温对混凝土的成型及强度增长都是不利的，特别是高强大体积混凝土，必须把做好白天的防暑降温工作和晚上的保温防风工作结合起来。

1、夏季高温到来期间，组织有关人员按照方案要求进行技术交底，及时调整炎热季节的上下班时间，避开炎热高温时段（中午11点～18点）错峰施工，合理安排作息时间。

2、保证各作业面干净卫生的饮水、绿豆汤供应。

3、食堂饮食要卫生，食品要新鲜，保证工作人员健康，食堂严禁冷荤、冷素食品，严禁购买腐蚀食物，防止食物中毒。

4、浇筑好的混凝土养护工作要得到高度重视，要在混凝土初凝后，及时得到覆盖，并浇水养护，避免混凝土表面水分蒸发过快，使混凝土表面发生裂纹。

5、根据气温情况，及时配合做好混凝土配合比和坍落度的调整工作，满足施工要求和质量标准。

图4被复混凝土质量控制工作流程示意图

6、卫生所要加强巡诊制度并配备如下主要药品：发烧药、腹泻药、消炎药、降暑药等治疗药品。

7、结合夏季施工时期，制定切合实际的夏季施工保证工程质量、保证安全生产技术措施，做好广泛宣传教育工作。

8、在高温环境下，为防止火灾发生，严禁在施工场地内吸烟，同时严禁在油库、木料堆放区域等易燃、易爆处进行切割机、焊机施工。

4.1.2高温防暑施工措施

1、为避免施工期间人员中暑，需在工地现场搭设移动式遮阳棚。

2、现场配备值班应急救援专用车，以保证导致中暑人员得到及时救治，进行救护工作。

3、根据天气变化的实际情况，积极采取防尘降水车进行洒水降温，注意劳逸结合，调整好作息时间，严格控制加班时间，入暑前，抓紧做好高温、高空作业人员的体检，对不适合高温、高空作业的适当调换工作。

4.2防风沙措施

为了确保有效的控制施工进度，保证施工质量，保证施工的顺利进行，针对施工过程中突发的沙尘天气，能够及时采取防范措施，迅速、有效的排除风沙天气造成的潜在危险，保护施工设备、装备，最大限度的减少损失，采取防风沙措施如下：

1、混凝土被复作业前事先了解天气情况，五级及五级以上大风及沙尘暴天气停止一切场外施工作业。

2、在沙尘到来前，做好施工作业区域的发电机组防风沙保护工作，风沙过后做好电子器件的清理工作，保证装备安全。

3、露天停放和堆置的机械设备和重要材料设备要及时做好覆盖保护，保证装备、设备在风沙天气下不受到不必要的侵害。

4、对于施工作业人员配备相应的防风、防沙工具，如防沙眼镜等保证施工人员的职业健康。

5、对被复作业面混凝土表面加强覆盖，确保施工质量。根据实际情况，有危及周边设施和人员安全的险情时，组织人员疏散、撤离。

6、清理潜在的隐患，对潜在的危险，尽快制定并实施隔离方案，控制局势的发展。

7、做好其他善后工作。

4.3温控措施

4.3.1温控指标：

依据GB50194-92《混凝土质量控制标准》[6]，GB50204-202《混凝土结构工程施工质量验收规范》[7]

1、混凝土在入模温度的基础上温升值不宜大于50度；

2、混凝土的浇注体的里表温差不宜大于25度；

3、混凝土浇注体的降温速率不宜大于2度/天；

4、混凝土浇注体表面与大气温差不宜大于20度；

5、混凝土内部最高温度控制不超过62℃；

6、温度场中的断面各测点温度陡降控制在10℃以内。

4.3.2测温方法：

测温时按测温孔编号顺序进行，温度计插入测温孔后，堵塞住孔口，留置在孔内3～5min，然后迅速从孔中取出，使温度计与视线成水平，仔细读数，记入测温记录表中，同时将测温孔用保温材料按原样盖好。

4.3.3测温次数：

室外气温要求测量最高、最低温度；环境温度每昼夜不少于4次；混凝土出机、浇筑、入模温度每一工作班不少于4次。

4.3.4测温时间

1、从混凝土浇筑后达到混凝土终凝时（5-9小时），开始测温读数并记录。

2、在混凝土升温过程中每次测温间隔不超过2小时，在混凝土降温过程中每次测温间隔不超过24小时。恒温过程中每次测温间隔不超过6小时。

3、测温过程一直持续到混凝土达到恒定安全温度，即混凝土表面温度与环境温度之差不大于25℃，混凝土内部温度与表面温度之差不大于20℃。

4.3.5测温注意事项

1、对于遮弹层C80高强大体积混凝土浇筑，测温工作尤为重要。要严格记录各项温度指标，并充分考虑天气情况影响。

2、混凝土3d左右温度将会达到峰值，以后开始降温，大体积混凝土的降温速率一般不宜大于2℃/d,但是测温中，不要一味追求降温，忽略其速度太快也会产生裂缝，所以要严格控制降温速率，不能只顾着施工进度。

3、测温工作要24小时连续，特别是工地所处特殊地域昼夜温差大，由于晚上温度较低，往往是温差增大的危险期，因而质检人员要加强夜间按时测温记录，并监督专职养护人员及时采取有效预防措施。

4、测温工作按昼夜至少要连续观测14d，应利用主测温区、辅助测温点两种不同的测温器材和测温手段进行比较，达到相互参照，以利校核，使测温数据更为准确、完整，保证工程质量。

4.3.6监测程序

在温度监测期间，由质检组负责记录、量测、提供各温度控制点的混凝土内部温度，混凝土表面温度，温差，大气温度，并指导现场保温、养护和拆模工作。

4.4裂缝控制措施

4.4.1控制混凝土入模温度

混凝土的入模温度指混凝土运输至浇筑时的温度，降低混凝土的入模温度措施是对搅拌站水泥、粉煤灰的贮存罐，混凝土搅拌运输车、输浆管等进行隔热保温处理，对将要浇筑的部位的钢筋、模板、地坪等进行浇水降温温润冲洗，选择在低温时段浇筑混凝土，混凝土入模温度控制在30℃以内。

4.4.2控制混凝土分层浇筑厚度

混凝土被复施工采用“斜向分层、薄层浇筑、连续推进、一次到顶”的浇筑方法。泵送入模时，严格控制分层厚度为每40cm一层，自一侧向另一侧顺序浇筑，保证在下层混凝土初凝时浇筑完成上层混凝土。分层厚度利用钢筋或其他标尺作参照物，派专人进行负责，一个下料点到位后，移至下一个下料点，依次进行，混凝土布料完成且凭证后开始振捣。

4.4.3加强混凝土的振捣质量

浇筑过程中至少保证8台插入式振动棒，分区负责保证振捣质量，特别是每次上浆的过程中应对下浆点以外的区域采取薄膜或土工布覆盖措施以防止表层失水过快产生收缩裂缝；尤其是必须保证其振捣的密实性和均匀性，防止出现过振，漏振现象、对于因分层分段浇筑而深浅不一之处，要保证振动棒深入混凝土的深度符合要求，从而保证振捣质量。

混凝土浇筑到设计标高后，要除去表面浮浆，安排专人找平。为防止混凝土表面出现收缩裂缝，用木抹进行二次收浆找平。

4.4.4及时保温养护

保温效果的好坏，对大体积混凝土温度裂缝控制至关重要。保温养护采用在混凝土表面蓄水养护的方法，养护安排专人进行，混凝土养护时间28天，个别蓄水养护不到的部位给予覆盖井并经常洒水，保持混凝土表面湿润不失水。

4.4.5敷设冷却循环水管

水平布置冷却水管，采用Φ25mm的不锈钢管用平角或直角接头连接，在C80混凝土被复层@800设置两层冷却水管，每2000mm-3000mm设置一道进出口,如有坡度时进水口敷设在低处，出水口设置在高处。当发现进出水口温差过大或过少，或者水温与混凝土内部温度的差值超过25℃时，及时启用冷却循环水管，并调整水温或流量，防止水管周围产生温度裂缝。

4.4.6加强温度监测

自施工开始就派专人对混凝土测温并做好详细记录，为下一次施工积累数据并验证理论计算的准确性。

4.5降温措施

4.5.1原材料措施

1）水泥优选

大体积混凝土主要考虑抗裂性较好、兼顾低热和高强两个方面的要求。理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们在大体积混凝土施工中选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3A），其他成分依次是硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）和铁铝酸四钙（C4AF）。另外，水泥越细发热速率越快，但不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载。正是基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建设。这样充分利用后期强度则可以每m3混凝土减少水泥40Kg-70kg左右，混凝土内部的温度相应降低4℃-7℃.

2）掺加掺合料

使用掺合料的目的在于降低混凝土的温度、提高混凝土的抗裂能力及强度。混合材包括矿渣、粉煤灰、硅灰等。目前粉煤灰采用较多，在满足设计施工要求的合理范围内，掺较多的粉煤灰有利于混凝土抗裂性能地提高。在大体积混凝土中掺入一定量粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩量，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺和料是最有效的方法之一。

3）掺用外加剂

外加剂有减水剂、引起剂、缓凝剂、早强剂等多种类型。减水剂是最常用、最重要的外加剂，它具有减水和增塑作用，在保持混凝土塌落度及强度不变的条件下，可减少用水量，节约水泥、降低绝热温升。目前采用的缓凝高效聚羧减水剂，兼顾减水、引气和缓凝效果，可以延缓水化热的峰值度并改善混凝土的和易性，减低水灰比以达到减少水化热的目的。

4）骨料

在骨料的选择上应该选区粒径大、强度大、级配好、绝热膨胀系数、低吸水率的优选骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。

4.5.2大体积混凝土降温措施

1）通过加减保温层，实现控制结构物的内外温差，及其与环境的温差两者允许的最大温差为25℃。

2）合理安排混凝土的浇筑顺序，采用薄层连续浇筑为宜，以减少内外温差。

3）尽可能降低混凝土的出机温度以避免混凝土水化热温度过高。利用结构物本身的水化热养护，做好保温、保湿工作，使混凝土处于良好的湿热条件下，强度得以正常发展。

4）混凝土拆模后要继续保温养护。根据测温经验，混凝土入模后，先缓慢升温，每小时0.5-1℃左右，大约10小时后升温速度加快，每小时升温2-6℃左右，在经过6-8小时后，升温逐渐缓慢，历时50小时左右达到峰值温度。因此，混凝土浇筑速度应尽可能快速、连续完成，以防止出现施工冷缝和较大温差。

5）近段时间室外气温较高，为防止混凝土收缩开裂，应在混凝土表面收平后立即用塑料薄膜覆盖，防止水分的大量蒸发。

6）依据实际施工时间，结合当前气候影响，决定覆盖厚度，施工单位应按要求准备好保温材料。常用保温材料为棉毛毡。由上至下顺序为塑料薄膜-棉毛毡。

5“假凝结壳”问题的解决

5.1现场基本情况

1、工程所在地理位置为新疆戈壁腹地，夏季气温度高，日照时间长，白天相对湿度低于15%，风力较大，混凝土在浇筑过程中出现了混凝土表面结壳的现象。

2、砂、石骨料露天放置，在日照情况下，材料表面温度较高。

3、浇筑作业面露天施工，无防晒和防风措施。

4、混凝土设计标号为C80，一次性浇筑厚度为2.0m属于超高标号大体积施工。

5.2试验室试验情况及分析

5.2.1试验方案

1、取42.5水泥、内地52.5水泥、工地52.5水泥分别与外加剂进行相溶性试验，考察室外暴露下的表面结壳情况；

2、考察工地52.5水泥拌制的混凝土在暴露和有限暴露情况下表面结壳试验；

3、在现有配比基础上加入解凝剂，考察表面结壳情况。

5.2.2试验结果

1、用工地52.5水泥拌制的水泥砂浆在室外暴露情况下15min后表面出现结壳现象，且随着时间的延长结壳的厚度增加。

2、用42.5水泥拌制的水泥砂浆在室外暴露情况下放置30min后未出现结壳现象，表面仅出现失水的一层膜，触动后能够复原，更换52.5水泥（山水52.5水泥、太行52.5水泥）后，结壳现象明显改善。

3、对砂浆进行覆盖和半覆盖暴露对比试验发现，完全暴露的样品在15min时表面已经出现结壳，半覆盖的样品在30min后表面还较柔软。

4、在原有水泥和外加剂配比加入解凝剂后，砂浆表面结壳时间可延长至1h。

5.2.3试验分析

1、混凝土中水的成分是以多种形式存在的，一种是化学结合水，这部分水参与水化反应，硬化后成为水化产物的一部分；另一种是物理吸附水，这部分水处在混凝土中，为混凝土的共性提供保证。本配合比，水胶比仅为0.18，在低水胶比下用于保证工作性的自由水很少，在施工保护措施不到位的情况下，表面的水很容易蒸发掉，导致表面板结现象。

2、52.5水泥和42.5水泥的矿物组分不一样，表面能比42.5水泥的表面能高。对外加剂和水的吸附快，分散性和保持性不好，在较短的时间内表面干的快，塑性失去的也快；不同厂家的52.5水泥因矿物成分和生产工艺不同，出现表面结壳现象也不一样。

3、针对52.5水泥表面失水结壳和塑性失支快的特点，加入解凝组分可延缓现象的发生。

5.2.4解决方案

通过对施工现场、原材料和对比试验分析，可从以下措施去考虑：

1、对砂、石骨料堆场采取遮阳措施，避免因夏季高温阳光暴晒引起混凝土温度高、坍落度损失快的问题。

2、施工作业面应严格遵守“大体积混凝土浇筑的施工规范”，针对大仓面、高标号的特点，为了避免因表面失水过快引起表面结壳和冷缝的产生，可以对已浇筑混凝土采取表面加湿和覆盖的措施。

3、沟通协调水泥厂调整矿物成分和工艺，控制水泥的出炉温度在80℃以内。

4、在现有材料基础上，加入解凝剂，缓解混凝土表面的硬化和结壳时间，提高混凝土的工作性。

5.2.4施工措施

1、对搅拌站及料场搭建全封闭遮阳棚，采取封闭措施，避免阳光直射粗细骨料，控制原材料洁净与温度。

2、夏季施工时的措施：

1）采用遮盖、洒水等降低混凝土原材料温度的措施；

2）混凝土浇筑后，应及时进行保湿保温养护；

3）避开高温时段，采取“看天施工”的原则。

参考文献

[1]李勇，岳亚军，夏立，王晓峰严酷地区道面混凝土裂纹分析与防治，混凝土[J]，2015（5）：145

[2]伍勇华西安建筑材料研究院

[3]段吉祥南京研究院

[4]CECS104:99.高强混凝土结构技术规程[S]

[5]JGJ/T281–2012.高强混凝土应用技术规程[S]

[6]GB50194-92.混凝土质量控制标准[S]

[7]GB50204-202.混凝土结构工程施工质量验收规范[S]