特殊环境条件下的大型混凝土设备基础施工技术

陈 凯

上海外经集团控股有限公司 上海 200032

1 工程概况

HIRGIG电厂位于厄立特里亚（以下简称“厄特”）马萨瓦，属热带沙漠气候。项目施工区域海拔3 m左右，地势较为平坦，属于海边砂土地。

在本项目新建的2台23 MW柴油发电机工程中，大型混凝土设备基础施工是本项目施工的重点核心工作。大型混凝土设备基础采用钢筋混凝土结构，基础底板为厚1 500 mm的筏板基础，上部为异形钢筋混凝土结构，大型混凝土设备基础最大外包尺寸为20 691 mm×11 400 mm×6 725 mm。混凝土强度等级为C35，2台基础混凝土施工量共计650 m³。

2 现场施工的特点、难点

1）马萨瓦地区的气温非常炎热，据统计，当地最高室外环境温度可达55 ℃。为了避开在最炎热的时间段进行大型混凝土设备基础施工，选择在气温较低的1—3月份（6—10月份为当地高温季节）进行基础浇筑。

2）当地材料资源匮乏并且供应不足，钢材、粉煤灰、混凝土外加剂、矿粉、沥青、建筑门窗等普通材料需要从中国国内或者第三国采购。从中国国内或第三国采购材料需要考虑采购时间、运输时间、出海关时间等情况，同时须与工程施工进度计划共同统筹策划，使得对项目部材料采购计划的精确性要求更高。因当地供应材料产量少且为计划经济体制，水泥、石子、砂、水等材料不能及时供应，影响现场使用。水泥材料因厄特政府限制从第三国进口，只能使用当地生产的普通硅酸盐水泥（普通硅酸盐水泥水化热较大，需要采取措施降低水化热）。

3）当地淡水资源严重缺乏，没有自来水供应系统，现场所有的淡水都是用大水车运输到现场。为了节约淡水资源的使用，采取混凝土搅拌时添加减水剂、混凝土养护时采用节水养护薄膜等施工技术措施。

以上特定环境中的诸多不利因素，给大型混凝土设备基础施工带来了困难。

3 策划、实施过程中的主要技术措施

为了现场施工顺利，保证施工质量满足规范及使用功能的要求，结合现场施工的特点、难点等实际情况，针对各种不利因素，采取以下针对性的施工技术措施[1-5]。

3.1 选择功能性添加材料

受到当地政府禁止采购国外水泥相关政策的影响，现场只能选择当地生产的普通硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥的水化热较大，拌制大型混凝土设备基础的部分技术指标难以满足规范及技术质量的要求。结合当地生产的普通硅酸盐水泥的性能，选择功能性添加材料，减少水泥用量，降低水化热，提高混凝土工作性能，满足其在高温环境中的施工条件。混凝土配合比施工技术方案选择采用“双掺”（掺外加剂、掺合料）技术，在混凝土拌制过程中添加高效减水剂和粉煤灰、矿粉，从而提高混凝土的工作性能和抗裂能力。在混凝土配合比设计前，对国外当地水泥的物理性能、力学性能与外加剂的适应性性能做专门的取样检测，检测结果满足国家规范要求。选用的混凝土外加剂——JN高效减水剂（缓凝型）具有如下显著特点：减水率大、增强效果显著，抗拉、抗折和后期强度提高，钢筋黏结力、抗碳化性能及抗渗性能改善；可泵性好、保水性好、黏聚性及水泥适应性好；调节掺量初凝延长3～10 h，能降低早期水化热；可节省水泥15%～20%，每吨产品可节省水泥30 t以上；对混凝土收缩无不良影响，对钢筋无锈蚀危害。

粉煤灰、矿粉同样具有减少水泥用量、降低水化热并提高和易性的作用。掺入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；同时，粉煤灰与水泥反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步得到细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。值得一提的是，由于粉煤灰的密度较水泥小，混凝土振捣时密度小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量，并且在混凝土浇筑完成后，安排专职人员进行检查，将混凝土上表面浮浆较多的部分清除。

掺入适量矿粉，可改善混凝土流动度，降低水泥水化热，提高混凝土抗渗和后期强度，改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，这一性质对高温季节混凝土的输送和施工有利。

3.2 测温系统的使用

大型混凝土设备基础浇筑时间在1—3月之间，当地的室外日最高温度达到40 ℃。依据GB 50496—2009《大体积混凝土施工规范》中大体积混凝土的定义：“混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1 m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。”确定本大型混凝土设备基础属于大体积混凝土施工范畴。为了监测大体积混凝土内部水化热温度，并及时采取有效的温控措施，基础测温系统采用大体积混凝土温度无线监测系统。该系统采用全数字式方式对大体积混凝土水化热过程中的温度变化状况进行监测，掌握混凝土的温差波动情况，以指导基础底板的保温措施。该系统在大体积混凝土里表温差超限时，能够及时提供图形、声音等多媒体报警方式，以提醒现场技术人员及时采取相应的保温措施。测温点的布置原则为：能反映整个大体积混凝土的温度场及温度变化规律；温度梯度大的地方测点布置的密，反之温度梯度小的地方测点布置的稀。在大体积混凝土施工过程中，要有效地控制裂缝的产生，在施工前根据混凝土的配合比设计、施工条件和施工方法进行必要的理论计算，验算混凝土各降温阶段产生的总拉应力值，如该值小于混凝土抗拉强度，则说明降温和收缩不会引起混凝土结构的贯穿裂缝。

3.3 采用合理的现场施工措施

环境温度高，混凝土入模温度控制措施如下：降低浇筑材料温度，在储水箱、搅拌站、原材料堆场上搭设遮阴篷；降低原材料（主要的粗骨料）入机温度，在浇筑前提前 2 h浇水降温；合理选择混凝土浇筑时间，应选择在室外温度较低时开泵浇筑，根据现场测量温度统计，选择在温度较低的傍晚开始，凌晨结束。

混凝土浇筑技术管理措施如下：

1）混凝土浇筑应合理分段分层进行，使混凝土沿高度均匀上升，按照“分区定点、逐层浇筑 、循序渐进、一次到顶”的方法实施。

2）大型设备基础混凝土坍落度较大，流动性也稍大，混凝土振捣过程中，上涌的泌水和浮浆顺混凝土坡面下流到坡底。因此在浇筑垫层时，应预先在横向留出一定的坡度，使大部分泌水顺着坡度从模板底部预留孔中排出坑外。少量来不及排出的泌水随着混凝土浇筑向前推进被赶至基坑顶端进行人为诱导，顺着混凝土承台面模板留置的泄水孔从模板上部预留孔中排出。所有排出的泌水和浮浆通过基坑明排水沟流到集水坑，然后用水泵排除。

3）混凝土泵送时自然形成的流淌斜坡度，在每条浇筑带前、中、后各布置3个振捣器。混凝土振捣采用插入式振捣器，同时安排专业及经验丰富的技术工人操作。

4）混凝土浇筑采用二次振捣工艺，在混凝土浇筑后即将凝固前，在适当的时间和位置给予再次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙，增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝和改善混凝土强度，提高抗裂性。

5）为防止混凝土表面出现干缩细裂纹，控制混凝土表面非结构性细小裂缝的出现和开展，在混凝土初凝前或混凝土预沉后，进行二次抹压工艺。

3.4 养护措施

高温和缺少淡水，是马萨瓦市的环境特点。为了节约水资源和保证养护质量，经过养护方案的比选，混凝土基础养护采用节水保湿养护膜（图1）。其主要性能如下：

图1 混凝土基础采用节水保湿养护

1）高倍节水，养护期间，混凝土表面只需要在摊铺时浇筑一次水，可节约养护用水95%以上。

2）持久保湿，养护期间，混凝土表面总能保持湿润。

3）有效保温，在混凝土水化热的作业下，膜内温度比外界高（4～10 K），缩小混凝土核心温度与表面温度及环境温度的温差。

4）清洁施工，施工现场整洁，大大改善施工形象。

5）具有良好的保温、保湿双重性能，能有效抑制微裂缝的产生，提高混凝土强度。

6）提高混凝土抗碳化能力，混凝土抗碳化能力远远高于其他养护方式。

7）提高耐磨度，磨耗量是国家相关标准的1/10。

通过采取以上措施，大型混凝土基础保质保量地顺利施工完成。目前，2台柴油发电机正常运行，大型混凝土基础的混凝土抗压强度、抗裂强度、表面有害裂纹等性能指标良好，能满足柴油机运行使用及验收规范的标准。

4 结语

1）对于在非洲国家炎热的地区完成大型混凝土设备基础的浇筑工作，项目施工前期的现场考察、策划、施工技术方案选择等环节非常重要。对于项目所在地的自然环境及社会环境（如经济情况、当地材料情况、运输情况、机械情况、当地劳动力情况等）要详细地调查了解和确认，分析项目施工现场的特点与难点，这方面的资料对于策划现场施工方案尤其重要。

2）根据调研及收集到的当地情况，组织编制适应当地现场的施工计划，采取施工技术措施克服当地的诸多不利因素，使得2台大型混凝土基础在工期要求的时间内保质保量地完成施工。

3）在缺少淡水资源及其供应不足的情况下，通过采取在混凝土配合比中添加高效减水剂、混凝土养护采用节水保温薄膜的养护措施，节约了混凝土施工的用水量，提高了混凝土质量。