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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第5期

大體積混凝土夏季長(zhǎng)距離泵送施工技術(shù)研究

陳曉亮

［摘要］本文根據(jù)大型地震工程模擬研究設(shè)施實(shí)驗(yàn)中心工程情況和基礎(chǔ)底板施工經(jīng)驗(yàn)，從膠凝材料優(yōu)化、減水劑和膨脹劑的選擇、夏季高溫大體積混凝土降溫措施等方面提出了相應(yīng)的控制措施，實(shí)際證明，減縮效果良好，為基礎(chǔ)設(shè)施大體積混凝土夏季長(zhǎng)距離泵送施工控制提供了依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］長(zhǎng)距離泵送；大體積混凝土；夏季施工

工程概況

隨著國(guó)家實(shí)驗(yàn)室體系的建設(shè)推進(jìn)，大型實(shí)驗(yàn)設(shè)施建設(shè)需求越來(lái)越多，此類設(shè)備基礎(chǔ)使用壽命長(zhǎng)，對(duì)精密度要求高。部分實(shí)驗(yàn)室屬于大體量建設(shè)工程，結(jié)構(gòu)斷面大、混凝土用量大，水泥水化后產(chǎn)生大量的水化熱，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力將影響結(jié)構(gòu)的抗裂性、抗?jié)B性等耐久性能。大型地震工程模擬研究設(shè)施是迄今為止建設(shè)的首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，該設(shè)施建有尺寸和載重量更大的地震模擬振動(dòng)臺(tái)，在全球范圍內(nèi)尚無(wú)同類型裝備，要保證裝備百分之百堅(jiān)實(shí)、可靠、耐用，施工所采用的大體積混凝土裂縫控制是極其重要的指標(biāo)。圖為該工程施工現(xiàn)場(chǎng)照片。

振動(dòng)臺(tái)作為地震模擬設(shè)施施工過(guò)程中的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)部位，單體跨度大、接觸潮濕環(huán)境面積大，適逢夏季高溫施工，因混凝土收縮、溫度應(yīng)力等因素出現(xiàn)裂縫，對(duì)工程質(zhì)量有極大隱患，因此混凝土配合比設(shè)計(jì)、性能提升和現(xiàn)場(chǎng)施工是重點(diǎn)技術(shù)措施^[1-2]

技術(shù)難點(diǎn)

該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)中心包括大型振動(dòng)臺(tái)和水下振動(dòng)臺(tái)兩部分，結(jié)構(gòu)尺寸250m121m，地下層、地上單層、局部層，最大高度35.85m、最大單體跨度78m，基坑最大深度18.4m，地上結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)中心大型振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)底板、地下室外墻采用C30抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8，振動(dòng)臺(tái)實(shí)體基礎(chǔ)單層澆筑最大厚度5m。該工程存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

）大跨度、深基坑、高精度，長(zhǎng)距離泵送且要求大體積混凝土自收縮滿足結(jié)構(gòu)精度。

）大體積混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C30P8，采取大方量地泵泵送，地泵數(shù)量多，澆筑速度相對(duì)慢，對(duì)混凝土流動(dòng)性、保水性、粘聚性能及保塑時(shí)間、凝結(jié)時(shí)間有更高要求，需要優(yōu)化膠凝材料和外加劑體系。

）該項(xiàng)目對(duì)結(jié)構(gòu)精度要求高，對(duì)混凝土水化熱控制要求高，施工現(xiàn)場(chǎng)控制入模溫度和絕熱溫升，杜絕有害裂縫。

設(shè)計(jì)目標(biāo)

）控制混凝土水化熱及升溫速度

根據(jù)GB 504962018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》礦物摻合料的合理?yè)搅?，最大限度的使用礦渣粉、粉煤灰等礦物摻合料可大大降低混凝土的水化熱。

其次結(jié)合施工進(jìn)度，通過(guò)延緩混凝土的初凝及終凝時(shí)間而不影響混凝土的后期強(qiáng)度^[3]，有效避免膠凝材料短時(shí)間內(nèi)水化集中放熱，延緩了混凝土的升溫速度，且混凝土與外界經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的熱交換也起到了降低中心最高溫度的目的。

）根據(jù)澆筑用時(shí)控制混凝土的凝結(jié)時(shí)間

本項(xiàng)目大體積混凝土一次性澆筑方量大，用時(shí)長(zhǎng)，預(yù)計(jì)澆筑完畢耗時(shí)三個(gè)晝夜。根據(jù)澆筑速度、環(huán)境溫度、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施等因素合理調(diào)整混凝土的初凝時(shí)間可有效避免基礎(chǔ)筏板出現(xiàn)冷縫，同時(shí)給施工人員充足時(shí)間對(duì)出面的混凝土進(jìn)行抹面、薄膜覆蓋等養(yǎng)護(hù)措施。

）保證混凝土在初凝前不泌漿

本項(xiàng)目連續(xù)施工時(shí)間長(zhǎng)，適逢夏季高溫，混凝土初凝時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，但澆筑后由于混凝土自重將部分漿體擠壓上浮而易于造成混凝土泌漿。發(fā)生此情況一方面會(huì)破壞混凝土整體的勻質(zhì)性，另一方面表層漿體過(guò)厚增加混凝土塑性收縮及沉降，造成表層缺陷。在配合比設(shè)計(jì)中嚴(yán)格控制混凝土單方用水量和骨料質(zhì)量，混凝土拌合物到場(chǎng)坍落度、擴(kuò)展度，保證混凝土具有良好的包裹性能。

做到上述三點(diǎn)之外還應(yīng)根據(jù)澆筑速度、環(huán)境溫度等因素合理調(diào)整混凝土的入模溫度、泵管保溫措施。

生產(chǎn)試配

4.1原材料質(zhì)量

試配使用的主要原材料如下：選用水化熱低的振興O42.5水泥，唐山S95級(jí)礦渣粉，滄州臨港級(jí)粉煤灰，玉田25mm碎石，盧龍區(qū)中砂，北京金隅水泥節(jié)能科技JY-PS-1減水劑。嚴(yán)格控制骨料含泥量和級(jí)配，各項(xiàng)指標(biāo)如表所示。

4.2配合比設(shè)計(jì)開發(fā)

項(xiàng)目采用分層分段施工，混凝土現(xiàn)場(chǎng)坍落度(200 20)mm，擴(kuò)展度控制在500600mm，嚴(yán)禁離析泌水；夏季施工控制出機(jī)、入模溫度不超過(guò)30；混凝土抗壓強(qiáng)度采用90天齡期評(píng)定。

根據(jù)上述技術(shù)要求初步設(shè)計(jì)生產(chǎn)配合比，然后根據(jù)測(cè)溫、工作性能和力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整，如表所示，混凝土性能檢測(cè)結(jié)果見表。重點(diǎn)控制以下方面：

）用水量的控制：依據(jù)大體積混凝土的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，控制混凝土單方用水量160165kg/m，降低膠凝材材料用量尤其是單方混凝土中水泥用量，降低混凝土硬化過(guò)程中的水化熱和體積變化。關(guān)注外加劑減水率、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、礦物摻合料流動(dòng)度比和砂石含泥量。

）坍落度的控制：坍落度過(guò)小易造成振搗困難而影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)性；坍落度過(guò)大，混凝土包裹性差，振搗和重力影響下易造成粗骨料明顯沉降，漿體明顯上浮，遇到鋼筋等障礙物時(shí)會(huì)在其下表面形成沉降差而促進(jìn)塑形沉降裂縫產(chǎn)生，并不利于混凝土與鋼筋的握裹，不利于施工和裂縫控制^[4]。該項(xiàng)目控制坍落度(20020)mm

）膨脹劑的使用：一般在后澆帶等有補(bǔ)償收縮要求的部位，在混凝土中添加適量膨脹劑組分。輕燒氧化鎂類膨脹劑一般可使混凝土具備一定長(zhǎng)齡期持續(xù)膨脹的特性，即延遲膨脹性，可根據(jù)不同混凝土收縮要求控制膨脹反應(yīng)速率和性能，而硫鋁酸鈣膨脹劑反應(yīng)速率快、早期膨脹大，適合3d早齡期混凝土收縮補(bǔ)償。結(jié)合兩種常用膨脹劑的特點(diǎn)和本項(xiàng)目施工結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，確定以氧化鎂為主要膨脹源，按照適量比例同時(shí)復(fù)配硫鋁酸鈣復(fù)合膨脹劑組成的抗裂劑進(jìn)行使用，簡(jiǎn)稱氧化鎂類膨脹劑。

C30-1C30-5中單方混凝土用水降低到130kg，混凝土工作性能不能滿足超長(zhǎng)泵送要求。C30-2C30-3混凝土在膠凝材料體系上進(jìn)行了調(diào)整，C30-2單方混凝土中水泥用量降低15kg，膨脹劑用量降低4kg，粉煤灰用量提高20kg。從工作性、力學(xué)性能和水化熱上優(yōu)選配合比C30-2，作為水下振動(dòng)臺(tái)區(qū)域后澆帶、薄型墻體、造流泵基礎(chǔ)、核心區(qū)墻體及水池底板采用添加氧化鎂類膨脹劑的C30P8配合比。其他區(qū)域采用不添加氧化鎂類膨脹劑的配合比，在C30-2配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整得到C30-4，水膠比浮動(dòng)0.01，降低單方用水5kg，降低膠凝材料總量20kgC30-4膠凝材料體系中降低粉煤灰用量25kg，提高水泥用量20kg，提高礦渣粉10kg，不再使用膨脹劑。

4.3自收縮驗(yàn)證

委托第三方進(jìn)行了C30P8混凝土收縮率試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)C30-4混凝土28d收縮率為29410^-6，滿足設(shè)計(jì)要求。摻加氧化鎂類膨脹劑的C30-2混凝土28d收縮率為17610^-6，自收縮率下降40%，因此所復(fù)合的膨脹劑補(bǔ)償收縮效果明顯。

4.4混凝土溫升值試驗(yàn)驗(yàn)證

配合施工方進(jìn)行了C30-2C30-4兩個(gè)選定配合比混凝土溫升值驗(yàn)證，使用足尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行溫升測(cè)試。通過(guò)外加劑中復(fù)配緩凝劑，改變了常規(guī)配合比3d內(nèi)水化速率增長(zhǎng)最快的特征，由圖可見自混凝土澆筑2d后溫度開始上升，改變了溫升趨勢(shì)，且最終溫升值在3537之間。

4.5生產(chǎn)施工溫控措施

施工期間跨越夏季，室外大氣溫度37。嚴(yán)格控制混凝土出機(jī)和澆筑溫度，生產(chǎn)前按照表所示參數(shù)進(jìn)行拌合物出機(jī)溫度計(jì)算。徐兵安^[5]提出計(jì)算過(guò)程中假設(shè)不往外界散熱或吸熱（比外界溫度高的材料放熱、比外界溫度低的材料吸熱），也不考慮混合物體時(shí)不同物質(zhì)發(fā)生物理和化學(xué)作用時(shí)產(chǎn)生吸收熱量或放出熱量的情況下（混凝土拌合過(guò)程應(yīng)該是產(chǎn)生熱量），混合物體中，混合前的高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量。

水泥等膠凝材料提前儲(chǔ)存適當(dāng)控降膠凝材料溫度，水泥不高于50，粉煤灰和礦渣粉不高于40。骨料采取噴霧等措施降溫，實(shí)際使用溫度控制31。生產(chǎn)拌合水采取加冰措施降低溫度，冰發(fā)生熵變的溶解熱為335kJ/(kgK)，夏季生產(chǎn)冰的熱損失非常大，加冰用量根據(jù)溫度計(jì)算確定和實(shí)際生產(chǎn)調(diào)整。當(dāng)日2.78混凝土使用2600t水和460t冰，生產(chǎn)拌合用水從20降低到11。罐車出站包裹保溫被并噴淋冷水進(jìn)行罐體降溫，有效阻止大氣熱量傳給混凝土拌合物和蒸發(fā)散熱，環(huán)境溫度40左右時(shí)控制混凝土溫度出廠不高于30

現(xiàn)場(chǎng)泵送距離遠(yuǎn)，泵管線路全部包裹反射膜，減緩泵管內(nèi)混凝土與外界的熱交換，如圖所示，確保入模溫度不高于30

施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制

（1）混凝土澆筑前，清除干凈模板和鋼筋上的污垢、積水，關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)泵管和泵車布局。該項(xiàng)目C30P8混凝土連續(xù)泵送施工，泵送距離200250m，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置個(gè)地泵，泵管一用一備，確保施工速度和連續(xù)性。

（2）混凝土拌合物狀況穩(wěn)定后每小時(shí)檢測(cè)一次工作性能，檢測(cè)結(jié)果滿足坍落度(20020)mm，擴(kuò)展度500600mm，澆筑部位混凝土拌合物狀態(tài)如圖所示。

（3）夏季高溫季節(jié)連續(xù)3d施工，控制出機(jī)、入泵溫度和初凝時(shí)間，如圖所示混凝土入泵不超過(guò)305m厚底板最終實(shí)測(cè)混凝土澆筑體內(nèi)部溫升值在3537之間，滿足連續(xù)施工要求。

（4）關(guān)注出面混凝土的養(yǎng)護(hù)，應(yīng)隨澆筑隨覆蓋，采用塑料薄膜覆蓋進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，如圖所示。在保溫養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，混凝土澆筑體的里表溫差和降溫速率進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)實(shí)測(cè)結(jié)果不滿足溫控指標(biāo)的要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整保溫養(yǎng)護(hù)措施，例如灑水或終凝后蓄水養(yǎng)護(hù)。

結(jié)論

地震模擬設(shè)施振動(dòng)臺(tái)混凝土澆筑方量大且施工連續(xù)性要求高，原材料尤其是骨料質(zhì)量的控制是提高混凝土可泵性的重要因素，同時(shí)配合比設(shè)計(jì)遵循低水膠比、低砂率、大摻合料用量、優(yōu)質(zhì)膨脹劑等原則，加強(qiáng)夏季高溫天氣出機(jī)和施工溫度的控制以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)初凝后養(yǎng)護(hù)、選擇合適拆模時(shí)間，減少或避免溫度和收縮裂縫出現(xiàn)，有利于提高工程質(zhì)量，更好地滿足設(shè)備設(shè)施模擬試驗(yàn)使用功能的需求。該工程技術(shù)措施的優(yōu)化對(duì)于國(guó)家大型基礎(chǔ)設(shè)支撐施建設(shè)具有指導(dǎo)作用。

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供稿人：陳曉亮

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說(shuō)明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

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《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

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中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

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