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高温条件下混凝土配合比设计及温度裂缝控制方法

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叶根果

摘要：为响应国家海外战略和发展，中资企业先行迈出，带动着民营企业发展，并以此推动着国家建设行业的发展。伊拉克巴士拉污水处理厂四、五期工程，是目前中交一航局在海外所承揽的最大的污水处理厂工程项目。由于伊拉克属于战后重建期，民生基础建设项目庞大。因此，项目部所定目标先立足于土建工程，再稳步进入巴士拉港口工程。在下文中，文章主要以该项目建设的实际情况展开分析，探讨在高温条件下混凝土配合比设计及施工，從而阐述了温度裂缝的有效控制方法。

关键词：高温条件;混凝土配合比设计;温度裂缝;控制

1 工程项目实况分析

本工程位于伊拉克南部城市巴士拉，距离首都巴格达约580公里，是伊拉克第二大城市，也是伊拉克最大的港口城市，位于伊拉克的东南端底格里斯河和幼发拉底河交汇处，南距波斯湾120公里，是连接波斯湾和内河水系的唯一枢纽。巴士拉被评为世界热极，高温时可达60度。降雨量稀少，年平均降雨量不足200毫米，自来水的生产和供应较低。该城市以石油业为主，还有钢铁、纺织、造字、船舶等工业，也是伊拉克椰枣的重要产区，素有“椰枣城”的称号。

该工程四期及五期，设计日污水处理能力15万方/每期。主要构筑物包括：进水螺旋泵房、终沉池、氧化沟、曝气池、干化池、污水泵站、办公楼及员工宿舍等。现浇各类型结构混凝土约34万方（大体积混凝土约占一半数量）;灌注桩19600余根（600mm和800mm），混凝土方量约20万方。混凝土设计标号分为：C40、C35、C30、C25、C20、C15。灌注桩为C40，其它标号均用在现浇各类型结构混凝土。主要结构物混凝土标号为C35和C30.施工时正值巴士拉当地的夏季高温天气，白天温度58度左右，夜间温度32度左右。

在高温地区浇筑大体积混凝土，水化热反应更快，表现为水化热反应产生的热量在前期释放更为集中，混凝土最高温度更高。按照技术规范要求配制的混凝土，在高温地区能否满足温控要求值得质疑。因此，能否在保证构件强度及结构安全情况下，配制出满足设计要求，满足现场施工要求，经济合理的配合比尤为重要。由于平均温差和收缩差引起的温度应力而造成的裂缝，一般情况下，现浇大体积混凝土在升温阶段出现裂缝的可能性较小，在降温阶段，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，从表面开始慢慢深入到内部，当温度收缩变形受到外部边界条件约束时，将引起较大的温度应力，若拉应力超过混凝土的抗拉强度时，即产生裂缝。通过计算结果验证，配合比能够满足抗裂标准，且通过配合比降低混凝土最高温度，适当放宽温控要求，对于施工有着重要的意义。

2 高温条件下混凝土工程特点

本工程是从混凝土原材料进场质量控制、试拌前准备、混凝土拌合质量控制、施工过程控制、施工过程和浇筑完成后的温度和裂缝观测。需注意以下问题：

1）优选原材料，严格控制骨料质量，减水剂性能。

2）混凝土拌合前骨料和拌合水必须采取降温措施，

3）混凝土浇筑过程中需测定砂石、拌合水及现场入模温度，形成记录，并在混凝土结构不同位置预埋测温孔。

4）混凝土成型后，及时覆盖和养护，做好测温工作。

5）尽可能的利用夜间施工，避开高温时段。

3 配合比设计及施工探讨

3.1 原材料的选用

水泥：为降低大体积混凝土的水化热，减少水泥用量，尽量选择低水化热或中水化热、凝结时间长的水泥，同时比表面积不要过大，避免使用高强或早强水泥、该研究所选水泥为IP抗硫酸盐水泥，根据试验结果，该类型水泥的比表面积、凝结时间、安定性和胶砂强度等项目试验符合伊拉克规范要求。

骨料：对于大体积混凝土而言，应优先考虑使用破碎骨料，含泥量不要超过1%，且尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料，可保证混凝土较好的和易性及较高的抗压强度，同时可减少水泥浆的用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。该研究所选用的粗骨料为粒径5-25mm的碎石，含泥量为0.2%左右，级配良好。选择的细骨料细度模数为2.4-2.8，含泥量为0.5%左右。并对粗、细骨料进行化学成分试验检测，粗、细骨料均符合伊拉克规范要求。

外加剂：为了减少水泥用量，降低水胶比，减小混凝土的水化热，改善混凝土的和易性及保水性，选择初凝时间在12小时以上的SP90S牌减水剂，该外加剂符合伊拉克规范要求。

拌合用水：饮用水（净化）符合伊拉克规范要求。

3.2 配合比试拌

配合比设计上降低砂率和用水量，尽可能的避免混凝土收缩裂缝。在满足施工质量的前提下，反复试拌，尽量降低砂率和用水量，配合外加剂使混凝土的工作性达到最佳状态。配合比试拌成果详见下表：

3.3 高温条件下混凝土施工过程中的质量控制

首先对各原材料温度进行控制。粗、细骨料进场后使用土工布进行覆盖遮阳;混凝土生产前，对粗骨料进行分片洒水降温，从混凝土浇筑开始至结束（施工前2个小时对粗骨料进行均匀洒水，使粗骨料有足够的时间进行散热）;拌合用水中加冰块，使拌合用水降温（加冰后水温控制在20℃或以下）;禁止使用当天新进厂的水泥进行施工。

其次考虑到昼夜温差，合理选择夜间施工。前期进行夜间各时间段（当日晚18点至次是早6点）气温与原料的温度监测与统计工作并做以记录。现场实际施工因部位、方量的不同，混凝土浇筑所用的时间也不同，统筹考虑低温的时间区段与浇筑所需时间的关系，安排最佳的浇筑时间，开始浇筑到浇筑结束时进行全程温度监控（混凝土及原材料每1小时一测并做以记录）。

混凝土养护期内温度监控：对混凝土构件温度进行全过程监测，在混凝土结构平面和里面均设3个温度采集点，并同时对环境温度及混凝土表面温度监测。混凝土终凝后开始监测，前7天每3个小时一测，8至10天每12个小时一测（具有体表性的时间段），测温有专人负责，做以记录，并形成图表。温度监测期，根据监控情况及时调整养护措施，使混凝土内外温度不至过大。

4 设备机具和材料详见表3。

5 安全措施

1）所有工人入场前必须进行三级安全教育，经考试合格后，方可进入施工现场。

2）所有施工人员必须正确配备齐全安全防护用品，并要检查劳保用品的有效性。

3）特殊车辆司机必须持证上岗，严格按照操作规程施工。

4）所有作业人员严格遵守劳动纪律，严禁施工过程中打闹。

5）每日施工完毕后清点作业人员数量。

6）机械设备使用前先绕设备一周检查周围状况，并检测设备底部，确认无障碍物后，进行设备试运转，检查无误后方可正常进行施工。

7）严格遵守本項目部制定的各项规章制度，配合管理人员管理。

6 节能降耗

蓄水罐采用遮阳篷、冷风机双重措施降温，比传统的加冰块的方式即节省了拌合时间又降低了成本，特别适合在中东热带干旱气候条件下的施工。

养护采取滴灌式的养护方式即保证了良好的养护效果又降低了淡水的使用成本，尤其在巴士拉这种炎热干旱的地区更加的适合。

拌合用的砂石料采用苫布与浇冷水相结合的方法，既明显降低了骨料的温度又比单纯浇水降温的方式大大节省了用水量。

7 环保措施

1）成立环境保护小组，由项目经理和各部门相关负责人组成，项目经理为环境保护小组组长。

2）认真学习环境保护法有关方面的规定和要求，确保施工所有活动在保证不污染环境的前提下进行。

3）加强对施工人员环境保护意识的教育，提高职工对环境保护重要意义的认识，人人自觉遵守环境保护法。

4）作业时，废机油、生活垃圾等必须集中处理，禁止随意乱扔。

8 应用实况

本工程位于伊拉克南部城市巴士拉，距离首都巴格达约580公里。工程设计日污水处理能力15万吨/每期，合同涵盖土建施工，机电选型、采购、安装、调试以及一年的试运行服务。两期项目混凝土总方量达55万m3，截止目前，项目已累计完成混凝土浇筑40万，构筑物表观质量良好，表面裂纹数量较少，强度均满足规范要求。该工法的成功应用，为类似高温下混凝土配合比设计积累了宝贵经验及数据。

9 总结

通过对本项目的研发，成功设计了适合本项目的混凝土配合比，保证了混凝土的质量，更利于现场混凝土浇筑，缩减了施工人员数量和施工辅助措施，同时相当大程度的减少了后期混凝土表面裂缝的产生，大大节省了后期混凝土裂缝修补费用，经济效益非常可观。

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