高温条件下大体积混凝土施工技术研究

杨东赤

（中国铁建国际集团有限公司，北京100000）

1 引言

伴随着我国建筑行业近年来的迅猛发展，大体积混凝土的使用也在快速增长，各种条件下的大体积混凝土施工技术的发展也较为成熟，已然成为很多工程建筑施工中，不可代替的重要部分。但大体积混凝土的施工在不同的施工条件下，其施工方法和技术也将有所不同。卡塔尔世界杯主体育场项目存在大量大体积混凝土工程，其中支撑体育场上部钢结构的大立柱是典型的大体积混凝土结构，在卡塔尔高温度高湿度的环境下，其混凝土施工十分特殊，本文将其施工中的要点进行分析总结，希望对我国相似的大体积混凝土结构施工有所裨益[1]。

由中国铁建和卡塔尔当地企业联合承建的鲁塞尔体育场是2022年世界杯主体育场，其设计容纳观众人数达9万人，是标准的超大单体建筑。体育场上部设计为钢结构加玻璃幕墙，其重量主要由体育场周围的24根大型立柱支撑，立柱宽2m，长4m，高21.67m，竖向分3段施工，属于典型的大体积混凝土施工。大型立柱施工期间正值卡塔尔夏季，工地上空气温度白天约为40℃，晚上约为34℃，给大型立柱的大体积混凝土施工带来很大困难。大型立柱内钢筋配置极为密集，局部钢筋含量高达136kg/m3，混凝土浇筑、振捣和观察困难较大。由于此立柱为体育场最为重要的承重结构，因此，确保其施工质量是项目土建施工最为重要的一项要求，为此项目采取以下重要措施确保大体积混凝土的施工质量。

2 原材料设计配合比

2.1 设计施工原材料配合比的关键点

设计施工原材料配合比的关键点包括：

1）施工人员需考虑普通水泥水化热较高的问题，尤其是对于大体积混凝土施工而言，在大量水泥水化热无法散发的情况下，混凝土内部温度也会随之增高，从而出现与混凝土表面温度差较大的情况，进一步导致混凝土内部与表面，分别出现压应力与拉应力。若是表面拉应力大于早期混凝土抗拉强度，混凝土就会形成温度裂缝，所以施工应尽可能使用普通硅酸盐水泥。另外，也可以通过对矿物外加剂与化学外加剂的合理掺加，使混凝土性能出现变化，促进其抗渗性能的提升。

2）施工人员可以适当使用连续级配碎石，在确保其含泥量≤1%的情况下，使粗骨料符合有关标准。同时，相关人员在选择石子配制混凝土时，应注重粒径较大且级配良好等特征，若抗压强度比较高的话，用水量与水泥用量也可以适当减少，如此不仅水泥水化热高的问题能得到有效缓解，也能有效促进混凝土温升降低。

3）施工人员可以使用模数2.6的II区中砂，在保证含泥量≤1%的情况下，提高细骨料的质量。尽可能选择平均粒径较大的中、粗砂拌制混凝土，与细砂拌制混凝土相比较来看，用水量能降低约10%，在水泥用量适当减少的同时，对混凝土温升降低十分有利，进而缓解混凝土收缩的问题。

4）受到混凝土浇筑方式为泵送的影响，为使混凝土泵送的便利性得到保证，可以掺加适量的粉煤灰，对水化热与混凝土和易性改善来讲十分有帮助。

5）矿粉能起到改善混凝土和易性的作用，在便于泵送的同时也能替代水泥，降低混凝土水热化对强度的影响。

2.2 原材料设计配合比

在大体积混凝土配合比设计阶段，应该全面考虑工程项目施工要求，尽量降低混凝土原材料产生的热量，从而能够有效降低大体积混凝土绝对温升，避免浇筑过程出现内外温差过大的情况。

本项目中大型立柱使用的混凝土设计强度为C60，每平方米各成分含量为：普通硅酸盐水泥157kg，粒化高炉矿渣粉270kg，微硅粉23kg，20mm粒径粗骨料710kg，10mm粒径粗骨料430kg，细骨料 770kg，超塑化剂HP510 3~5kg，水 140kg。

其中，普通硅酸盐水泥水化反应速度快，早期强度高，在浇筑到立柱高位时，有利于减少混凝土对模板的压力，该水泥后期强度高，适用于制作高强度混凝土。但普通硅酸盐水泥水化热较大，不符合大体积混凝土温控的要求。为了有效减小混凝土产生的热量，混凝土中使用了大量粒化高炉矿渣粉作为掺合料，该掺合料可产生与水泥相似的强度，且产生热量大大减少。另外，使用矿渣粉可使混凝土的和易性提高，有利于泵送浇筑，可使混凝土初凝时间延长，有利于高温条件下的运输，可使混凝土的耐久性显著提高。微硅粉的使用可以显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能，该体育场位置离海很近，常年处于高湿环境中，易受到氯盐污染侵蚀、使用微硅粉可以使混凝土耐久性大大提高，微硅粉还具有保水、防止离析、泌水、大幅降低混凝土泵送阻力的作用[1]。混凝土中的粗骨料用的是20mm和10mm粒径的石子，小粒径的石子确保混凝土可以均匀地在高密度钢筋之间浇筑。细骨料为模数2.6的II区中砂，在保证含泥量≤1%的情况下，提高细骨料的质量，尽可能选择平均粒径较大的中、粗砂拌制混凝土，与细砂拌制混凝土相比，用水量能降低约10%，在水泥用量适当减少的同时，对混凝土温升降低十分显著，进而缓解混凝土收缩的问题。超塑化剂使用的是来自Epsilone公司的HP510，它是一种高效的减水剂，同时可以增加混凝土强度、提高耐久性、提高和易性和改善混凝土外观，是一种多功能的混凝土外加剂。此结构混凝土原材料中的水胶比为0.31，低水胶比可以有效降低大体积混凝土水化作用产生的热量。

经过反复试验，该配合比混凝土的7d养护平均强度为61.4MPa，28d养护平均强度为73.2MPa，完全符合设计要求，其他主要试验数据如表1和表2所示，均符合卡塔尔当地标准。

表1 立柱混凝土骨料筛分试验数据

表2 混凝土试验主要数据

3 高温条件下大体积混凝土施工

3.1 控制施工原材料的温度

施工人员可以通过对原材料温度的控制，实现高温条件下对大体积混凝土温度的控制。水泥与矿渣粉提前运输进施工现场，在阴凉处放置一段时间，使其温度与自然环境温度（约30℃）相接近；粗细骨料进场后运送至骨料仓，并采取有效措施控制含水率，在含水率达到砂3.5%、粗细石＜1%的情况下，将其向常用骨料仓倾倒以便后续搅拌使用；制冷水机组承担提供混凝土搅拌所需水的责任，且制备冷水温度维持在3℃以下，按制冷水2℃控制[2]。

3.2 控制施工用水的温度

在混凝土出机温度已经确定的情况下，水温控制实际上是最简便且有效的温控措施，在搅拌水中添加适量的冰块，能使混凝土出机温度得到有效降低；若自然混凝土温度为30℃，添加温度为3℃的100kg冷却水进行搅拌，能够吸收的能量大概在10 000k J，混凝土温度也能下降约4℃。但受到大体积混凝土用水量较小的影响，在与其他措施相比较来看效果依然不足，所以仅添加冰块是远远不够的，其他原材料预冷技术也应尽可能利用。

3.3 控制骨料的温度

高温条件下的骨料表面都比较干燥，且通常情况下这类施工原材料的表面温度，都要比大气温度高约10℃，施工人员可以将有关规范作为根据，使骨料表面的相对湿度得到提高，进而将温度适当降低2~4℃。因此，在大体积混凝土施工的骨料储备方面，遮阳覆盖以及喷淋冷水也是十分有效的方法。与此同时，砂作为温度控制的关键所在，也能够在混凝土中占据1/4~1/3，在其含水率高这一优势的影响下，其综合比热容也比较高，所以砂在每降低4℃的情况下，新拌混凝土温度也能降低1℃。

3.4 控制运输过程中的温度

混凝土运输车都尽可能采取配套的罐体保温套，使运输过程中罐车内混凝土隔热得到最大程度上的保障。在将混凝土快速运至施工现场后，由事先设立好的调度人员，对运输车各布料点展开调控，以在尽量短的时间内用完新到场的全部预拌混凝土，进一步降低混凝土的等待时间，使温度升高迅速的问题得以规避。

3.5 控制浇筑过程中的温度

在泵送混凝土的过程中，相关人员必须要注重高温时段对泵送管道的隔热。相关人员需将木跳板铺设于泵送管道的支撑架上，泵管两侧100～150mm处也需要设立木跳板，并使用木方斜撑固定，如此便形成了一个泵管隔热简易木槽。

施工人员应在浇筑前24h，在施工现场合理铺设帆布以起到遮阳的作用，使太阳直射的情况得以规避，帆布在浇筑过程中根据施工进度逐渐展开，并使用适量冷水以喷雾的形式，降低已揭开部位钢筋的温度。

3.6 通过预装的测温导线进行温度检测

在钢筋绑扎完毕以后，将3根测温导线竖向预埋在钢筋笼上，其中2根预埋在立柱2个对角处，据立柱侧表面100~150mm，第3根测温导线预埋在立柱横截面中心处，每1根测温导线每1m设置1个测温点。在混凝土浇筑前开始测温，测温装置将每1h测量1次温度，持续8d。现场技术人员每24h读取1次测温导线中的相关数据。相关管理人员必须要提高对各环节温度检测的重视程度，检测混凝土表面与大气温差、降温速率、最大温升值、混凝土中心和表面的温差，确保混凝土不会因温差过大产生裂缝[3]。

3.7 浇筑完成后的养护

在混凝土施工结束之后，可以采用保温方法对混凝土进行养护，避免混凝土表面温度降低过快，从而有效降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值，进而一定程度上降低混凝土块体的自约束应力[4]。

4 结语

综上所述，对于大体积混凝土施工而言，温度是其中非常关键的一个控制指标，特别是在高温条件下，混凝土温度指标控制是保证大体积混凝土性能的最为重要的因素。因此，在确保混凝土配合比合理的前提下，对影响混凝土温度的因素进行科学干预与控制是非常必要的，这也是混凝土温度控制方面的重中之重。除此之外，通过对温控措施的合理运用，也能有效控制混凝土的施工温度，进而使大体积混凝土温度指标满足工程要求。