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混凝土在高温环境下如何控制质量?

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中铁十八局集团国际工程有限公司承担的沙特阿拉伯T房建项目分为技术区和生活区,由13栋主体建筑物组成。主要建筑物的分部工程包括土建、水电、暖通、消防、机电设备安装、装饰装修等,室外附属设施包括场区道路、停车场、预制围墙、铁丝网、电缆管廊等工程,总建筑面积约为14095m2,其中混凝土方量约为16000m3。

沙特阿拉伯王国大部分地区属沙漠气候,干燥炎热,尤其是7-8月份,气温在50℃以上,根据当地规范要求混凝土运输到现场温度控制在32℃以下,塌落度为7~12cm之间。故对混凝土的质量要求很高。

在高温下浇筑混凝土将对房建混凝土质量产生下列潜在的影响:

(1)混凝土用水量的增加。

(2)混凝土坍落度损失加剧。

(3)对混凝土的抹面、压实、硬化等带来不便。

(4)由于混凝土的用水量增加,将会降低混凝土的28d强度值或相应的增加水泥用量,增加混凝土生产成本。

(5)混凝土水分蒸发快和水泥用量的增加,导致混凝土产生干缩裂缝的机会增加。

(6)由于裂缝的增加,降低了混凝土的耐久性。

在参考其它工程经验的基础上,结合本工程的特点:工期紧、沙特现有水泥品种单一等因素,制定了现浇钢筋混凝土夏季高温施工技术措施,进行高温季节不间断施工,达到了预期效果。

1 优化混凝土原料及施工配合比

选用高温高效外加剂,使用合理的配合比,减少混凝土绝热温升,使混凝土在本质上得到改善,放宽混凝土允许入仓温度,是混凝土夏季施工最关键的措施。配合比设计时应该考虑塌落度损失,在实际的操作中要增加对混凝土塌落度的检测频率,要求每一车都要进行塌落度检测,根据现场检测情况和规范要求适当调整配合比。

1.1 采用高温型缓凝剂、高效减水剂

采用高温型缓凝剂、高效减水剂,能降低水泥早期水化热,延缓混凝土的凝结时间。通过对德国BASF公司生产的RHEOBUILD-858M减水剂,POZZOLITH LD-10缓凝剂、RHEOBUILD-1100综合型高效减水剂(曾经在上海F1赛道使用)等进行实验,根据实验结果综合考虑到成本因素等,最终选择上述前2种外加剂。

1.2 优化施工配合比

为保证混凝土的设计强度,减少混凝土内部温度最高值的梯度,混凝土在总胶材不变的情况下,可以采用掺入粉煤灰进行调整。但是在沙特一般很少使用,基本通过调整水灰比、外加剂的类型和使用量来实现混凝土的设计要求。拌合站对不同的水灰比做了5组实验。

根据实验,得出较为合理的配合比为:水泥485kg,水150kg(其中包括100KG冰),德国BASF公司生产RHEOBUILD-858M减水剂11.25kg,POZZOLITH LD-10缓凝剂1.77kg,水灰比0.31。C50混凝土试件3天强度为43.19MPa,7d强度为51.11MPa,28d强度为64.48MPa,满足设计要求。

2 降低原材料的初始温度

为保证混凝土到达现场时检测温度不大于30℃,尽可能地降低原材料拌和时的基础温度,各种原材料料仓均搭设凉棚及喷雾设施。经现场测试得出下列结果。

2.1 砂石料的降温措施

砂、碎石在材料场分类堆放,以便对不同材料采用不同的降温处理措施。可以采用多种方式对砂石料进行降温,常用的有在料堆加盖遮阳棚,对拌合站骨料运输系统加盖遮阳板等。

骨料仓搭设遮阳棚前后材料温度对比结果来看:在未采取措施时,砂石料温度比气温要高2~5.5℃,而采取措施后温度基本上与环境温度相同.相比之下采取措施后砂石料加权平均降低3.6℃,另外为减少砂石料的含水量,便于控制混凝土VC值,故料仓上安装的喷雾设备已施工,但未启用。

2.2 水泥罐的降温措施

水泥罐搭设凉棚及安设喷水设施,其前后温度对比见表1。测试时间均为下午3~4时,水泥采取措施后平均降低温度18.5℃。

表1 水泥罐采取措施前后温度对比表

混凝土在高温环境下如何控制质量?

罐 体水泥/℃气温/℃太阳暴晒70~78 31~32遮阳棚内50~51 31~32遮阳后降低20~27

3 混凝土运输控制

为不使混凝土运输过程中和泵车输送时管道温度过高,在搅拌车罐体外侧可以加装淋水装置;泵车管道外壁四周用土工布包裹,并在其上覆盖土工布并反复淋水、降温,减少混凝土在运输过程和浇筑过程中吸热温升及VC值的损失。

4 混凝土入模温度控制

4.1 使用制冰机

为达到混凝土的入模温度,必须进一步降低拌和水温,必须在冷水箱内投入冰块使混凝土拌和水的温度降至4℃~7℃。受用冰代替拌合水数量的限制,对于大多数混凝土可降低最大温度为11℃。为了保证正确的配合比,需要对加入冰块进行准确称重。

4.2 掌握混凝土入模温度计算方法确定浇注时间

正确掌握混凝土温度计算就能了解当混凝土原材料温度一定时混凝土的入模温度,从而就能确定该使用多少温度的冷却水以确保混凝土的入模温度。在美国ACI305委员会的报告中,提出了新拌混凝土温度的计算公式如下:

混凝土在高温环境下如何控制质量?

式中,T——新拌混凝土的温度;

Tw——用于拌和的冷水温度;

Wc——水泥重量;

Wx——含有水份的骨料重量;

Ta——骨料的温度;

Tc——水泥温度;

Wa——干料重量;

Ww——拌和水重量;

Wz——冰的重量;

Tz——冰的温度。

注:所有材料的重量用公斤或磅;所有材料的温度用℃或F。

应用上述公式,我们计算了当气温在40℃时拌和27℃混凝土所需的冷水温度为4℃左右;当气温在35℃时拌和27℃混凝土所需的冷水温度为7℃左右;当气温在30℃时拌和27℃混凝土所需的冷水温度为10℃左右。按照计算结果和我们的温度记录,确定了在夏季浇筑混凝土的时间以晚上21:00至第二天早晨7:00较好。具体时间可在浇筑时确定。

4.3 严格控制混凝土的停放时间

混凝土拌和物从出机口到现场浇注,VC值损失在1~2h内影响并不大,若在3h以上VC值损失会成倍地增长。国内外资料证明:VC值的大小与密实度及强度有密切关系。浇注混凝土VC值应控制在5~15s之间,以6~10s最佳。因此为保证混凝土的密实度,应严格控制混凝土的停放时间,一般从出机口到现场浇筑历时不大于2h。

4.4 混凝土浇筑过程控制措施

混凝土浇筑前,对模板应当进行洒水降温;已经浇筑过混凝土的表面需要喷洒混凝土粘结剂。混凝土到场浇筑前检测温度应不大于30℃,塌落度一般控制在150mm左右,如果现场发现混凝土塌落度过小,在取得现场监理的同意下可以适当添加外加剂,以保证混凝土浇筑的顺利进行。

沙特地区温度较高,混凝土浇筑后表面水分蒸发量大,在分层浇筑时,每层厚度一般不大于30cm,便于混凝土热量散发,每层之间应该控制浇筑时间不大于1h。当发现混凝土表面有塑性收缩开裂时需要喷洒一定量的薄膜养护剂。如果遇到大体积混凝土施工,需要在混凝土内部设置循环冷却水管和温度感应器,用来降低混凝土内部温度,防止温差过大产生裂缝。

4.5 加强混凝土保湿保温养护

沙特地区夏季浇筑混凝土养护工作十分重要。养护不及时或者养护时间不够,都会造成混凝土表面出现裂缝或者混凝土强度降低。

混凝土抹压后,当人踩在上面无明显脚印时,随即用塑料薄膜覆盖严实,不使透风漏气、水分蒸发散失并带走热量。且在薄膜上盖两层土工布保湿保温养护,以减少混凝土表面的热扩散,延长散热时间,减小混凝土内外温差。通过一定的措施,内外温差可以控制在25℃以内,有效的避免了混凝土产生温度裂纹。养护龄期是14d。经实测混凝土3d内表面温度在48℃~55℃之间,且很少发现混凝土表面有裂缝情况。

喷雾降温是夏天高温施工的重要质量保证措施之一。上下游模板边各设一排简易喷雾设施对浇注的混凝土表面不断喷雾,效果较好,在其工作范围混凝土,未发现在失水变白,结硬现象。通过喷雾气温在49℃时,可降低5~10s,VC值停放1.5h后并未发生较大的变化,喷雾达到了降温保温的效果。

大体积混凝土浇筑完成后,可以根据事先预埋的温度感应器数据和环境温度,随时调整养护方案并且确定养护的最终时间。本项目109塔基础施工中就采用了此方法对混凝土养护方案进行了优化,取得了良好的效果。

5 应用效果

在沙特T房建工程夏季高温浇筑混凝土中,截止目前已经完成9000m3混凝土浇筑,混凝土试件360组,合格率达100%。混凝土各项指标均能满足规范和设计要求,质量评定为优良,开工以来,未发现有温度裂缝。因此提高了施工效率,得到了当地监理和业主的好评。

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