工程档案：大体积混凝土夏季长距离泵送施工技术研究
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第5期
大体积混凝土夏季长距离泵送施工技术研究
陈晓亮
［摘要］本文根据大型地震工程模拟研究设施实验中心工程情况和基础底板施工经验，从胶凝材料优化、减水剂和膨胀剂的选择、夏季高温大体积混凝土降温措施等方面提出了相应的控制措施，实际证明，减缩效果良好，为基础设施大体积混凝土夏季长距离泵送施工控制提供了依据。
［关键词］长距离泵送；大体积混凝土；夏季施工
工程概况
随着国家实验室体系的建设推进，大型实验设施建设需求越来越多，此类设备基础使用寿命长，对精密度要求高。部分实验室属于大体量建设工程，结构断面大、混凝土用量大，水泥水化后产生大量的水化热，由此产生的温度应力和收缩应力将影响结构的抗裂性、抗渗性等耐久性能。大型地震工程模拟研究设施是迄今为止建设的首个国家重大科技基础设施，该设施建有尺寸和载重量更大的地震模拟振动台，在全球范围内尚无同类型装备，要保证装备百分之百坚实、可靠、耐用，施工所采用的大体积混凝土裂缝控制是极其重要的指标。图为该工程施工现场照片。
振动台作为地震模拟设施施工过程中的重点结构部位，单体跨度大、接触潮湿环境面积大，适逢夏季高温施工，因混凝土收缩、温度应力等因素出现裂缝，对工程质量有极大隐患，因此混凝土配合比设计、性能提升和现场施工是重点技术措施[1-2]
技术难点
该项目实验中心包括大型振动台和水下振动台两部分，结构尺寸250m121m，地下层、地上单层、局部层，最大高度35.85m、最大单体跨度78m，基坑最大深度18.4m，地上结构为钢结构，地下结构为钢筋混凝土结构。实验中心大型振动台基础底板、地下室外墙采用C30抗渗混凝土，抗渗等级P8，振动台实体基础单层浇筑最大厚度5m。该工程存在以下技术难点：
）大跨度、深基坑、高精度，长距离泵送且要求大体积混凝土自收缩满足结构精度。
）大体积混凝土设计等级C30P8，采取大方量地泵泵送，地泵数量多，浇筑速度相对慢，对混凝土流动性、保水性、粘聚性能及保塑时间、凝结时间有更高要求，需要优化胶凝材料和外加剂体系。
）该项目对结构精度要求高，对混凝土水化热控制要求高，施工现场控制入模温度和绝热温升，杜绝有害裂缝。
设计目标
）控制混凝土水化热及升温速度
根据GB 504962018《大体积混凝土施工标准》矿物掺合料的合理掺量，最大限度的使用矿渣粉、粉煤灰等矿物掺合料可大大降低混凝土的水化热。
其次结合施工进度，通过延缓混凝土的初凝及终凝时间而不影响混凝土的后期强度[3]，有效避免胶凝材料短时间内水化集中放热，延缓了混凝土的升温速度，且混凝土与外界经过长时间的热交换也起到了降低中心最高温度的目的。
）根据浇筑用时控制混凝土的凝结时间
本项目大体积混凝土一次性浇筑方量大，用时长，预计浇筑完毕耗时三个昼夜。根据浇筑速度、环境温度、现场养护措施等因素合理调整混凝土的初凝时间可有效避免基础筏板出现冷缝，同时给施工人员充足时间对出面的混凝土进行抹面、薄膜覆盖等养护措施。
）保证混凝土在初凝前不泌浆
本项目连续施工时间长，适逢夏季高温，混凝土初凝时间适当延长，但浇筑后由于混凝土自重将部分浆体挤压上浮而易于造成混凝土泌浆。发生此情况一方面会破坏混凝土整体的匀质性，另一方面表层浆体过厚增加混凝土塑性收缩及沉降，造成表层缺陷。在配合比设计中严格控制混凝土单方用水量和骨料质量，混凝土拌合物到场坍落度、扩展度，保证混凝土具有良好的包裹性能。
做到上述三点之外还应根据浇筑速度、环境温度等因素合理调整混凝土的入模温度、泵管保温措施。
生产试配
4.1原材料质量
试配使用的主要原材料如下：选用水化热低的振兴O42.5水泥，唐山S95级矿渣粉，沧州临港级粉煤灰，玉田25mm碎石，卢龙区中砂，北京金隅水泥节能科技JY-PS-1减水剂。严格控制骨料含泥量和级配，各项指标如表所示。
4.2配合比设计开发
项目采用分层分段施工，混凝土现场坍落度(200 20)mm，扩展度控制在500600mm，严禁离析泌水；夏季施工控制出机、入模温度不超过30；混凝土抗压强度采用90天龄期评定。
根据上述技术要求初步设计生产配合比，然后根据测温、工作性能和力学性能进行调整，如表所示，混凝土性能检测结果见表。重点控制以下方面：
）用水量的控制：依据大体积混凝土的相关规定进行设计，控制混凝土单方用水量160165kg/m，降低胶凝材材料用量尤其是单方混凝土中水泥用量，降低混凝土硬化过程中的水化热和体积变化。关注外加剂减水率、水泥标准稠度用水量、矿物掺合料流动度比和砂石含泥量。
）坍落度的控制：坍落度过小易造成振捣困难而影响其内部结构密实性；坍落度过大，混凝土包裹性差，振捣和重力影响下易造成粗骨料明显沉降，浆体明显上浮，遇到钢筋等障碍物时会在其下表面形成沉降差而促进塑形沉降裂缝产生，并不利于混凝土与钢筋的握裹，不利于施工和裂缝控制[4]。该项目控制坍落度(20020)mm
）膨胀剂的使用：一般在后浇带等有补偿收缩要求的部位，在混凝土中添加适量膨胀剂组分。轻烧氧化镁类膨胀剂一般可使混凝土具备一定长龄期持续膨胀的特性，即延迟膨胀性，可根据不同混凝土收缩要求控制膨胀反应速率和性能，而硫铝酸钙膨胀剂反应速率快、早期膨胀大，适合3d早龄期混凝土收缩补偿。结合两种常用膨胀剂的特点和本项目施工结构的特点，确定以氧化镁为主要膨胀源，按照适量比例同时复配硫铝酸钙复合膨胀剂组成的抗裂剂进行使用，简称氧化镁类膨胀剂。
C30-1C30-5中单方混凝土用水降低到130kg，混凝土工作性能不能满足超长泵送要求。C30-2C30-3混凝土在胶凝材料体系上进行了调整，C30-2单方混凝土中水泥用量降低15kg，膨胀剂用量降低4kg，粉煤灰用量提高20kg。从工作性、力学性能和水化热上优选配合比C30-2，作为水下振动台区域后浇带、薄型墙体、造流泵基础、核心区墙体及水池底板采用添加氧化镁类膨胀剂的C30P8配合比。其他区域采用不添加氧化镁类膨胀剂的配合比，在C30-2配合比基础上进行调整得到C30-4，水胶比浮动0.01，降低单方用水5kg，降低胶凝材料总量20kgC30-4胶凝材料体系中降低粉煤灰用量25kg，提高水泥用量20kg，提高矿渣粉10kg，不再使用膨胀剂。
4.3自收缩验证
委托第三方进行了C30P8混凝土收缩率试验，经检验C30-4混凝土28d收缩率为29410-6，满足设计要求。掺加氧化镁类膨胀剂的C30-2混凝土28d收缩率为17610-6，自收缩率下降40%，因此所复合的膨胀剂补偿收缩效果明显。
4.4混凝土温升值试验验证
配合施工方进行了C30-2C30-4两个选定配合比混凝土温升值验证，使用足尺实验模型进行温升测试。通过外加剂中复配缓凝剂，改变了常规配合比3d内水化速率增长最快的特征，由图可见自混凝土浇筑2d后温度开始上升，改变了温升趋势，且最终温升值在3537之间。
4.5生产施工温控措施
施工期间跨越夏季，室外大气温度37。严格控制混凝土出机和浇筑温度，生产前按照表所示参数进行拌合物出机温度计算。徐兵安[5]提出计算过程中假设不往外界散热或吸热（比外界温度高的材料放热、比外界温度低的材料吸热），也不考虑混合物体时不同物质发生物理和化学作用时产生吸收热量或放出热量的情况下（混凝土拌合过程应该是产生热量），混合物体中，混合前的高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。
水泥等胶凝材料提前储存适当控降胶凝材料温度，水泥不高于50，粉煤灰和矿渣粉不高于40。骨料采取喷雾等措施降温，实际使用温度控制31。生产拌合水采取加冰措施降低温度，冰发生熵变的溶解热为335kJ/(kgK)，夏季生产冰的热损失非常大，加冰用量根据温度计算确定和实际生产调整。当日2.78混凝土使用2600t水和460t冰，生产拌合用水从20降低到11。罐车出站包裹保温被并喷淋冷水进行罐体降温，有效阻止大气热量传给混凝土拌合物和蒸发散热，环境温度40左右时控制混凝土温度出厂不高于30
现场泵送距离远，泵管线路全部包裹反射膜，减缓泵管内混凝土与外界的热交换，如图所示，确保入模温度不高于30
施工现场质量控制
（1）混凝土浇筑前，清除干净模板和钢筋上的污垢、积水，关注现场泵管和泵车布局。该项目C30P8混凝土连续泵送施工，泵送距离200250m，现场设置个地泵，泵管一用一备，确保施工速度和连续性。
（2）混凝土拌合物状况稳定后每小时检测一次工作性能，检测结果满足坍落度(20020)mm，扩展度500600mm，浇筑部位混凝土拌合物状态如图所示。
（3）夏季高温季节连续3d施工，控制出机、入泵温度和初凝时间，如图所示混凝土入泵不超过305m厚底板最终实测混凝土浇筑体内部温升值在3537之间，满足连续施工要求。
（4）关注出面混凝土的养护，应随浇筑随覆盖，采用塑料薄膜覆盖进行保湿保温养护，如图所示。在保温养护过程中，混凝土浇筑体的里表温差和降温速率进行现场监测，当实测结果不满足温控指标的要求时，应及时调整保温养护措施，例如洒水或终凝后蓄水养护。
结论
地震模拟设施振动台混凝土浇筑方量大且施工连续性要求高，原材料尤其是骨料质量的控制是提高混凝土可泵性的重要因素，同时配合比设计遵循低水胶比、低砂率、大掺合料用量、优质膨胀剂等原则，加强夏季高温天气出机和施工温度的控制以及现场监测，加强初凝后养护、选择合适拆模时间，减少或避免温度和收缩裂缝出现，有利于提高工程质量，更好地满足设备设施模拟试验使用功能的需求。该工程技术措施的优化对于国家大型基础设支撑施建设具有指导作用。
参考文献
[1] 张自平，程绍革，贺军，等．大型模拟地震振动台大体积混凝土基础施工裂缝控制[J]．工程抗震，2004 (02): 28-30
[2] 黄永根．振动台基础的大体积混凝土施工技术措施[J]．建筑施工，2018,40(06): 854-856
[3] 徐捷．大型振动台基础大体积混凝土防止裂缝产生的质量控制措施[J]．西安建筑科技大学学报（自然科学版），2011,43(01): 131-136
[4] 樊胜军，史泽运，刘振江．某振动台动力基础大体积混凝土施工温度控制技术[J]．施工技术，2011,40 (17): 64-66+70
[5] 徐兵安．冬季混凝土施工措施及混凝土温度热工计算[J]．山西建筑，2011,37(27): 104-106DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2011.27.124.
供稿人：陈晓亮
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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预拌混凝土质量追溯研究
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[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
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《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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