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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)施實驗中心工程情況和基礎(chǔ)底板施工經(jīng)驗，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距離泵送施工控制提供了依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］長距離泵送；大體積混凝土；夏季施工

工程概況

隨著國家實驗室體系的建設(shè)推進，大型實驗設(shè)施建設(shè)需求越來越多，此類設(shè)備基礎(chǔ)使用壽命長，對精密度要求高。部分實驗室屬于大體量建設(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)的首個國家重大科技基礎(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臺，在全球范圍內(nèi)尚無同類型裝備，要保證裝備百分之百堅實、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。圖為該工程施工現(xiàn)場照片。

振動臺作為地震模擬設(shè)施施工過程中的重點結(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，對工程質(zhì)量有極大隱患，因此混凝土配合比設(shè)計、性能提升和現(xiàn)場施工是重點技術(shù)措施^[1-2]

技術(shù)難點

該項目實驗中心包括大型振動臺和水下振動臺兩部分，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)。實驗中心大型振動臺基礎(chǔ)底板、地下室外墻采用C30抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級P8，振動臺實體基礎(chǔ)單層澆筑最大厚度5m。該工程存在以下技術(shù)難點：

）大跨度、深基坑、高精度，長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)計等級C30P8，采取大方量地泵泵送，地泵數(shù)量多，澆筑速度相對慢，對混凝土流動性、保水性、粘聚性能及保塑時間、凝結(jié)時間有更高要求，需要優(yōu)化膠凝材料和外加劑體系。

）該項目對結(jié)構(gòu)精度要求高，對混凝土水化熱控制要求高，施工現(xiàn)場控制入模溫度和絕熱溫升，杜絕有害裂縫。

設(shè)計目標

）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準》礦物摻合料的合理摻量，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)合施工進度，通過延緩混凝土的初凝及終凝時間而不影響混凝土的后期強度^[3]，有效避免膠凝材料短時間內(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)過長時間的熱交換也起到了降低中心最高溫度的目的。

）根據(jù)澆筑用時控制混凝土的凝結(jié)時間

本項目大體積混凝土一次性澆筑方量大，用時長，預計澆筑完畢耗時三個晝夜。根據(jù)澆筑速度、環(huán)境溫度、現(xiàn)場養(yǎng)護措施等因素合理調(diào)整混凝土的初凝時間可有效避免基礎(chǔ)筏板出現(xiàn)冷縫，同時給施工人員充足時間對出面的混凝土進行抹面、薄膜覆蓋等養(yǎng)護措施。

）保證混凝土在初凝前不泌漿

本項目連續(xù)施工時間長，適逢夏季高溫，混凝土初凝時間適當延長，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)生此情況一方面會破壞混凝土整體的勻質(zhì)性，另一方面表層漿體過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)計中嚴格控制混凝土單方用水量和骨料質(zhì)量，混凝土拌合物到場坍落度、擴展度，保證混凝土具有良好的包裹性能。

做到上述三點之外還應(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級礦渣粉，滄州臨港級粉煤灰，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。嚴格控制骨料含泥量和級配，各項指標如表所示。

4.2配合比設(shè)計開發(fā)

項目采用分層分段施工，混凝土現(xiàn)場坍落度(200 20)mm，擴展度控制在500600mm，嚴禁離析泌水；夏季施工控制出機、入模溫度不超過30；混凝土抗壓強度采用90天齡期評定。

根據(jù)上述技術(shù)要求初步設(shè)計生產(chǎn)配合比，然后根據(jù)測溫、工作性能和力學性能進行調(diào)整，如表所示，混凝土性能檢測結(jié)果見表。重點控制以下方面：

）用水量的控制：依據(jù)大體積混凝土的相關(guān)規(guī)定進行設(shè)計，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，降低混凝土硬化過程中的水化熱和體積變化。關(guān)注外加劑減水率、水泥標準稠度用水量、礦物摻合料流動度比和砂石含泥量。

）坍落度的控制：坍落度過小易造成振搗困難而影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實性；坍落度過大，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會在其下表面形成沉降差而促進塑形沉降裂縫產(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]。該項目控制坍落度(20020)mm

）膨脹劑的使用：一般在后澆帶等有補償收縮要求的部位，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償。結(jié)合兩種常用膨脹劑的特點和本項目施工結(jié)構(gòu)的特點，確定以氧化鎂為主要膨脹源，按照適量比例同時復配硫鋁酸鈣復合膨脹劑組成的抗裂劑進行使用，簡稱氧化鎂類膨脹劑。

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泵送要求。C30-2C30-3混凝土在膠凝材料體系上進行了調(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、力學性能和水化熱上優(yōu)選配合比C30-2，作為水下振動臺區(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)上進行調(diào)整得到C30-4，水膠比浮動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自收縮驗證

委托第三方進行了C30P8混凝土收縮率試驗，經(jīng)檢驗C30-4混凝土28d收縮率為29410^-6，滿足設(shè)計要求。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%，因此所復合的膨脹劑補償收縮效果明顯。

4.4混凝土溫升值試驗驗證

配合施工方進行了C30-2C30-4兩個選定配合比混凝土溫升值驗證，使用足尺實驗?zāi)Ｐ瓦M行溫升測試。通過外加劑中復配緩凝劑，改變了常規(guī)配合比3d內(nèi)水化速率增長最快的特征，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，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。嚴格控制混凝土出機和澆筑溫度，生產(chǎn)前按照表所示參數(shù)進行拌合物出機溫度計算。徐兵安^[5]提出計算過程中假設(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不同物質(zhì)發(fā)生物理和化學作用時產(chǎn)生吸收熱量或放出熱量的情況下（混凝土拌合過程應(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存適當控降膠凝材料溫度，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)溫度計算確定和實際生產(chǎn)調(diào)整。當日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左右時控制混凝土溫度出廠不高于30

現(xiàn)場泵送距離遠，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)場泵管和泵車布局。該項目C30P8混凝土連續(xù)泵送施工，泵送距離200250m，現(xiàn)場設(shè)置個地泵，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)定后每小時檢測一次工作性能，檢測結(jié)果滿足坍落度(20020)mm，擴展度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、入泵溫度和初凝時間，如圖所示混凝土入泵不超過305m厚底板最終實測混凝土澆筑體內(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，應(yīng)隨澆筑隨覆蓋，采用塑料薄膜覆蓋進行保濕保溫養(yǎng)護，如圖所示。在保溫養(yǎng)護過程中，混凝土澆筑體的里表溫差和降溫速率進行現(xiàn)場監(jiān)測，當實測結(jié)果不滿足溫控指標的要求時，應(yīng)及時調(diào)整保溫養(yǎng)護措施，例如灑水或終凝后蓄水養(yǎng)護。

結(jié)論

地震模擬設(shè)施振動臺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，同時配合比設(shè)計遵循低水膠比、低砂率、大摻合料用量、優(yōu)質(zhì)膨脹劑等原則，加強夏季高溫天氣出機和施工溫度的控制以及現(xiàn)場監(jiān)測，加強初凝后養(yǎng)護、選擇合適拆模時間，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)施模擬試驗使用功能的需求。該工程技術(shù)措施的優(yōu)化對于國家大型基礎(chǔ)設(shè)支撐施建設(shè)具有指導作用。

參考文獻

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供稿人：陳曉亮

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會

第十屆全國建筑固廢和尾礦泥漿處理及資源化利用大會暨中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

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建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業(yè)標準化試驗室建設(shè)指南》圖書

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