混凝土在高溫環境下如何控制質量?

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中鐵十八局集團國際工程有限公司承擔的沙特阿拉伯T房建項目分為技術區和生活區,由13棟主體建筑物組成。主要建筑物的分部工程包括土建、水電、暖通、消防、機電設備安裝、裝飾裝修等,室外附屬設施包括場區道路、停車場、預制圍墻、鐵絲網、電纜管廊等工程,總建筑面積約為14095m2,其中混凝土方量約為16000m3。

沙特阿拉伯王國大部分地區屬沙漠氣候,干燥炎熱,尤其是7-8月份,氣溫在50℃以上,根據當地規范要求混凝土運輸到現場溫度控制在32℃以下,塌落度為7~12cm之間。故對混凝土的質量要求很高。

在高溫下澆筑混凝土將對房建混凝土質量產生下列潛在的影響:

(1)混凝土用水量的增加。

(2)混凝土坍落度損失加劇。

(3)對混凝土的抹面、壓實、硬化等帶來不便。

(4)由于混凝土的用水量增加,將會降低混凝土的28d強度值或相應的增加水泥用量,增加混凝土生產成本。

(5)混凝土水分蒸發快和水泥用量的增加,導致混凝土產生干縮裂縫的機會增加。

(6)由于裂縫的增加,降低了混凝土的耐久性。

在參考其它工程經驗的基礎上,結合本工程的特點:工期緊、沙特現有水泥品種單一等因素,制定了現澆鋼筋混凝土夏季高溫施工技術措施,進行高溫季節不間斷施工,達到了預期效果。

1 優化混凝土原料及施工配合比

選用高溫高效外加劑,使用合理的配合比,減少混凝土絕熱溫升,使混凝土在本質上得到改善,放寬混凝土允許入倉溫度,是混凝土夏季施工最關鍵的措施。配合比設計時應該考慮塌落度損失,在實際的操作中要增加對混凝土塌落度的檢測頻率,要求每一車都要進行塌落度檢測,根據現場檢測情況和規范要求適當調整配合比。

1.1 采用高溫型緩凝劑、高效減水劑

采用高溫型緩凝劑、高效減水劑,能降低水泥早期水化熱,延緩混凝土的凝結時間。通過對德國BASF公司生產的RHEOBUILD-858M減水劑,POZZOLITH LD-10緩凝劑、RHEOBUILD-1100綜合型高效減水劑(曾經在上海F1賽道使用)等進行實驗,根據實驗結果綜合考慮到成本因素等,最終選擇上述前2種外加劑。

1.2 優化施工配合比

為保證混凝土的設計強度,減少混凝土內部溫度最高值的梯度,混凝土在總膠材不變的情況下,可以采用摻入粉煤灰進行調整。但是在沙特一般很少使用,基本通過調整水灰比、外加劑的類型和使用量來實現混凝土的設計要求。拌合站對不同的水灰比做了5組實驗。

根據實驗,得出較為合理的配合比為:水泥485kg,水150kg(其中包括100KG冰),德國BASF公司生產RHEOBUILD-858M減水劑11.25kg,POZZOLITH LD-10緩凝劑1.77kg,水灰比0.31。C50混凝土試件3天強度為43.19MPa,7d強度為51.11MPa,28d強度為64.48MPa,滿足設計要求。

2 降低原材料的初始溫度

為保證混凝土到達現場時檢測溫度不大于30℃,盡可能地降低原材料拌和時的基礎溫度,各種原材料料倉均搭設涼棚及噴霧設施。經現場測試得出下列結果。

2.1 砂石料的降溫措施

砂、碎石在材料場分類堆放,以便對不同材料采用不同的降溫處理措施。可以采用多種方式對砂石料進行降溫,常用的有在料堆加蓋遮陽棚,對拌合站骨料運輸系統加蓋遮陽板等。

骨料倉搭設遮陽棚前后材料溫度對比結果來看:在未采取措施時,砂石料溫度比氣溫要高2~5.5℃,而采取措施后溫度基本上與環境溫度相同.相比之下采取措施后砂石料加權平均降低3.6℃,另外為減少砂石料的含水量,便于控制混凝土VC值,故料倉上安裝的噴霧設備已施工,但未啟用。

2.2 水泥罐的降溫措施

水泥罐搭設涼棚及安設噴水設施,其前后溫度對比見表1。測試時間均為下午3~4時,水泥采取措施后平均降低溫度18.5℃。

表1 水泥罐采取措施前后溫度對比表

混凝土在高溫環境下如何控制質量?-1

罐 體水泥/℃氣溫/℃太陽暴曬70~78 31~32遮陽棚內50~51 31~32遮陽后降低20~27

3 混凝土運輸控制

為不使混凝土運輸過程中和泵車輸送時管道溫度過高,在攪拌車罐體外側可以加裝淋水裝置;泵車管道外壁四周用土工布包裹,并在其上覆蓋土工布并反復淋水、降溫,減少混凝土在運輸過程和澆筑過程中吸熱溫升及VC值的損失。

4 混凝土入模溫度控制

4.1 使用制冰機

為達到混凝土的入模溫度,必須進一步降低拌和水溫,必須在冷水箱內投入冰塊使混凝土拌和水的溫度降至4℃~7℃。受用冰代替拌合水數量的限制,對于大多數混凝土可降低最大溫度為11℃。為了保證正確的配合比,需要對加入冰塊進行準確稱重。

4.2 掌握混凝土入模溫度計算方法確定澆注時間

正確掌握混凝土溫度計算就能了解當混凝土原材料溫度一定時混凝土的入模溫度,從而就能確定該使用多少溫度的冷卻水以確保混凝土的入模溫度。在美國ACI305委員會的報告中,提出了新拌混凝土溫度的計算公式如下:

混凝土在高溫環境下如何控制質量?-2

式中,T——新拌混凝土的溫度;

Tw——用于拌和的冷水溫度;

Wc——水泥重量;

Wx——含有水份的骨料重量;

Ta——骨料的溫度;

Tc——水泥溫度;

Wa——干料重量;

Ww——拌和水重量;

Wz——冰的重量;

Tz——冰的溫度。

注:所有材料的重量用公斤或磅;所有材料的溫度用℃或F。

應用上述公式,我們計算了當氣溫在40℃時拌和27℃混凝土所需的冷水溫度為4℃左右;當氣溫在35℃時拌和27℃混凝土所需的冷水溫度為7℃左右;當氣溫在30℃時拌和27℃混凝土所需的冷水溫度為10℃左右。按照計算結果和我們的溫度記錄,確定了在夏季澆筑混凝土的時間以晚上21:00至第二天早晨7:00較好。具體時間可在澆筑時確定。

4.3 嚴格控制混凝土的停放時間

混凝土拌和物從出機口到現場澆注,VC值損失在1~2h內影響并不大,若在3h以上VC值損失會成倍地增長。國內外資料證明:VC值的大小與密實度及強度有密切關系。澆注混凝土VC值應控制在5~15s之間,以6~10s最佳。因此為保證混凝土的密實度,應嚴格控制混凝土的停放時間,一般從出機口到現場澆筑歷時不大于2h。

4.4 混凝土澆筑過程控制措施

混凝土澆筑前,對模板應當進行灑水降溫;已經澆筑過混凝土的表面需要噴灑混凝土粘結劑。混凝土到場澆筑前檢測溫度應不大于30℃,塌落度一般控制在150mm左右,如果現場發現混凝土塌落度過小,在取得現場監理的同意下可以適當添加外加劑,以保證混凝土澆筑的順利進行。

沙特地區溫度較高,混凝土澆筑后表面水分蒸發量大,在分層澆筑時,每層厚度一般不大于30cm,便于混凝土熱量散發,每層之間應該控制澆筑時間不大于1h。當發現混凝土表面有塑性收縮開裂時需要噴灑一定量的薄膜養護劑。如果遇到大體積混凝土施工,需要在混凝土內部設置循環冷卻水管和溫度感應器,用來降低混凝土內部溫度,防止溫差過大產生裂縫。

4.5 加強混凝土保濕保溫養護

沙特地區夏季澆筑混凝土養護工作十分重要。養護不及時或者養護時間不夠,都會造成混凝土表面出現裂縫或者混凝土強度降低。

混凝土抹壓后,當人踩在上面無明顯腳印時,隨即用塑料薄膜覆蓋嚴實,不使透風漏氣、水分蒸發散失并帶走熱量。且在薄膜上蓋兩層土工布保濕保溫養護,以減少混凝土表面的熱擴散,延長散熱時間,減小混凝土內外溫差。通過一定的措施,內外溫差可以控制在25℃以內,有效的避免了混凝土產生溫度裂紋。養護齡期是14d。經實測混凝土3d內表面溫度在48℃~55℃之間,且很少發現混凝土表面有裂縫情況。

噴霧降溫是夏天高溫施工的重要質量保證措施之一。上下游模板邊各設一排簡易噴霧設施對澆注的混凝土表面不斷噴霧,效果較好,在其工作范圍混凝土,未發現在失水變白,結硬現象。通過噴霧氣溫在49℃時,可降低5~10s,VC值停放1.5h后并未發生較大的變化,噴霧達到了降溫保溫的效果。

大體積混凝土澆筑完成后,可以根據事先預埋的溫度感應器數據和環境溫度,隨時調整養護方案并且確定養護的最終時間。本項目109塔基礎施工中就采用了此方法對混凝土養護方案進行了優化,取得了良好的效果。

5 應用效果

在沙特T房建工程夏季高溫澆筑混凝土中,截止目前已經完成9000m3混凝土澆筑,混凝土試件360組,合格率達100%。混凝土各項指標均能滿足規范和設計要求,質量評定為優良,開工以來,未發現有溫度裂縫。因此提高了施工效率,得到了當地監理和業主的好評。

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