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1、中东地区干燥高温环境下防辐射大体积混凝土浇筑技术Huge concrete casting under hot and dry climate in Meddle East杨云波内容提要：项目所在地属热带沙漠气候干燥，在这样的极端气候条件下进行防辐射大体积混凝土浇筑对我们的施工技术水平是一个极大的考验。本文提供了一个极端条件下混凝土施工的范本。关键词: OPC水泥(OPC cement)，大体积混凝土结构(huge concrete structure)，防辐射（radiation resist), 干热气候（hot and dry climate), 中东地区（Middle East are
2、a), 浇筑（Pouring).卡塔尔内政部边境 X-Ray 车辆检查线工程位于卡塔尔和沙特交界的 ABU-SAMRA 地区，为两条相同的 X 光检查线车间和附属的办公用房、停车坪、走廊等办公及服务设施，主要结构物为两座轻型混凝土结构的厂房，包括两个直立的防辐射混凝土墙，总浇筑方量 2000 立方米，局部厚度超过 2 米，属于大体积混凝土施工。项目所在地属热带沙漠气候干燥，年平均降水量只有 75mm, 同事气候极端炎热，7-9 月最高气温可达 49，年平均最高温度 42，地表温度 70以上。在这样的极端气候条件下进行防辐射大体积混凝土浇筑对我们的施工技术水平是一个极大的考验。本文提供了一个极端
3、条件下混凝土施工的范本。1.防辐射大体积混凝土技术要求1.1 防辐射要求根据业主提供的相关资料，防辐射混凝土必须满足以下要求:混凝土密度大于 2350kg/m3，混凝土表面不得有任何孔洞和漏浆造成的大面积蜂窝，包括脚手架施工的预留孔洞，以免造成 X 光泄漏；紧固模板必须使用止水型拉杆，切除时必须低于混凝土表面5mm,使用防腐蚀填料补平；不允许保留竖向施工缝，如果要保留水平施工缝必须保证水平缝为马牙蹉状；所有不得不预埋的管道和线缆必须与混凝土表面成 45 度角。1.2 当地规范和图纸对大体积混凝土施工的要求混凝土最小边缘尺寸小于 800 毫米即可认为是大体积混凝土，混凝土内部核心温度不能大于 7
4、0 度，表层温度和核心温度的差值不能大于 20 度，测量温度必须使用插入式温度计。2.施工难点分析在高温干燥的环境下施工大体积混凝土必须降低混凝土的水化热，使混凝土的里外温差小于 20 度，防止在混凝土产生温差裂缝，造成结构损害并导致 X 光泄露。如何进行大体积混凝土的施工，进行温度控制是施工成否的关键。3.对策3.1 密度要求针对混凝土的密度要求，我们提出钢纤维混凝土， 钢渣混凝土， 混凝土，重晶石混凝4aSOB土等，都可以达到密度要求，而且以上混凝土种类都可以起到防止 X 光泄漏的作用。但是如果仅仅是预防 X 光辐射，达到需要的密度要求即可，这个密度要求完全可以通过精心设计混凝土配合比，认
5、真进行混凝土振捣，使用普通混凝土就可以达到。考虑当地气候和市场条件，我们提出使用 OPC 水泥，合理掺和粒化高炉矿渣粉（GGBS)料降低水化热，保证混凝土强度和耐久性，避免混凝土表面开裂的建议并提供了配比方案，获得监理和业主批准。3.2 配合比温度设计在查阅当地规范，咨询当地专业人士后，根据 BS EN 197 1：2000 CEM IIIA， （欧盟2000 年颁布实施的水泥.通用水泥组分、规范和合格标准 ）和 Clause 18.2.1 - ACI 207.1R, 305R & 308（大体积混凝土指南美国混凝土学会委员会 207 号报告美国混凝土学会制,及QCS2010 等在当地实施的重
6、要规范） ，我们计划采用 70%的粒化高炉矿渣粉（GGBS)活性掺和材料，来降低混凝土中的胶质含量，进而降低硬化过程中产生的水化热。我们的调查发现，这种掺和料在当地已经广泛应用，供应没有问题。以下是我们的试算过程：第一，混凝土的最终绝热温升计算(1) */)k(CQFmTch式中： ：t 龄期时混凝土的绝热温升（） ；：混凝土最终绝热温升（） ； h：单位水泥 28 天水化热，Q=375kj/kg；Q：单位水泥用量（kg/m3） ； cm:活性掺和料用量（kg/m3）F：掺和料折减系数，粒化高炉矿渣取 0.15（人民黄河第 32 卷第 8 期 2010 年 8 月某k水库闸墩大体积混凝土温控新
7、措施刘焕强）：混凝土的比热，c=0.97kj/(kg*k); C:混凝土的密度，p=2400kg/m3;第二，不同龄期混凝土的绝热温升可按下式计算： (2)1(tmtheT：常数，随水泥品种，比表面积及浇筑温度不同而不同，可按照下表取值。mt: 龄期（d)，按天计算。常数 m 的取值浇筑温度（度） 5 10 15 20 25 30m 0.295 0.318 0.340 0.362 0.384 0.406（科技信息2010 年第 21 期 水泥水化热与绝热温升计算方法研究何江海。 ）根据不同龄期混凝土的绝热温升计算可知，不同龄期的绝热温升的绝对值小于最终温升，可取最终温升为最大温升偏安全。根据以
8、上公式计算后得到 =26.09 度。hT第三，混凝土核心最高温度(3)*maxtjT:混凝土内部最高温度（） ； ax：混凝土浇筑温度，根据天气条件下底板混凝土施工实测平均结 果，暂定为 32 ；j：t 龄期时的绝热温升，可取 26.09； T：降温系数； 降温系数取值按照混凝土最终绝热温升 26.09代入： =32+26.09*0.55=46.35 maxT第四，混凝土核心温度与表面温度差值估算= -Tb(4)ax混凝土的内部最高温度为 46.35，根据多哈当地气象资料 6-9 月当地夜间最低温度 Tb 为 30，计算内外最大温差为 16.35，没有超过 25不需进行表面覆盖保温材料。在实际
9、施工中，浇筑模板采用 12mm 厚的竹木胶合板作为里衬，外部包裹塑料布防止水分流失，这些结构都 可以起到保温作用，因此计算结果偏安全。第五，批准后的配合比方案（kg/m3）OPC 水泥 42.5 级 120粒化高炉矿渣 28020mm 碱辉岩粗集料 71910mm 碱辉岩粗集料 480水洗沙 744减水剂 3.5-5.25总水量 166水灰比 0.3803.3 混凝土浇筑方案3.3.1 混凝土浇筑整体方案根据图纸和结构特点，我们计划采用整体大模板，进行大高度整体浇筑，减少接缝。将整个混凝土墙分成三部分，第一部分从0.00 浇筑到 6.3 米变截面处，一次浇筑约 600 立方米；第二部分浇筑到
10、12.7 米，一次浇筑约 500 立方米；第三部分直接浇筑到 18.3 米顶标高，一次浇筑约 400 立方米。3.3.2 机械设备组织采用 12 立方米混凝土罐车配合 40 米臂长混凝土输送泵进行混凝土浇筑，混凝土浇筑速度控制在每小时 30 立方米。使用硬塑料布将泵管加长，使混凝土在加长泵管引导下进入浇筑区域，防止过高浇筑影响浇筑质量。特别加长振捣棒尾管为 6 米，并严立墙平面分散布置振捣棒，间距不大于 2 米。3.3.4 混凝土浇筑方案将混凝土泵软管进行接长，使泵管可以深入距立墙底部 1m，降低浇筑高度，防止混凝土离析。立墙采用采用薄层连续浇筑，以减少内外温差，分层厚度不大于 50 厘米。
11、浇筑应由远及近，分区浇筑。考虑立墙内钢筋、拉杆套杆密集，待一个区域浇筑完成，将泵管提起，绕开拉杆和内部钢筋，深入相邻部位，再次浇筑。及时设置埋入式测温计，通过测温记录监测混凝土内外温差控制在 15以内。根据泵送浇筑时，自然形成一个坡度的实际情况，在每道浇筑带前后布置三道振捣棒，前道振捣棒布置在底排钢筋处和混凝土坡脚处，确保下部砼密实，后道振捣棒布置在混凝土卸料点，解决上部砼的捣实。采用垂直振捣，振捣点的距离为 300400mm，插点距模板不大于 200mm。在砼浇筑过程时，应注意调节浇筑速度，保证上层砼振捣时下层砼初凝前完成。为了使上下层不产生冷缝，振捣棒宜反复插入下层混凝土至少 5cm。振捣
12、要采取快插慢拔，先下后上，且振捣棒略微上下抽动，使上下层振捣密实。振捣时间不要过长，同时要注意不要出现漏振，特别是边角和尺寸狭小的地方，要注意控制振捣棒插入位置和振捣时间，防止粗骨料分布不均造成局部密度差异过大，影响 X 光屏蔽效果。机械振捣一般控制在表面出浮浆且不再下沉为止。3.4 测温布设方案测温采用直埋式热敏电阻作为测温传感器，传感器直接埋入混凝土中，用钢筋固定，预留导线穿过模板。测温设备采用 LD-C20-64 智能巡测温度仪，1 点/秒的巡测速度可确保即时检测到各时刻的温度值，并可随时打印即时的温度值。 测温点根据截面形式并结合实际平面位置布置。除埋在混凝土里面的传感器外，温度检测过
13、程中，另外使用了 2 个传感器分别检测养护层下混凝土的表面温度及大气温度。混凝土浇筑及养护期间，严格控制结构物的内外温差，其允许最大温差为 20。在 18左右预设报警值，一旦达到报警值则及时采取降温措施。混凝土拆模后要继续保温养护。根据测温经验，混凝土入模后，先缓慢升温，每小时 0.5-1左右，大约 10 小时后升温速度加快，每小时升温 2-6左右，在经过 6-8 小时后，升温逐渐缓慢，历时 50小时左右达到峰值温度。因此，混凝土浇筑速度应尽可能快速、连续完成，以防出现施工冷缝和较大温差。4 混凝土温度控制考虑当地炎热的气候，堆放在料场的粗集料和细集料设置敞开式大棚进行遮阳降温，同时每隔2 小
14、时对粗集料进行洒水降温。在搅拌站设置制冰机，在混凝土搅拌过程中投入粉碎的冰晶降低混凝土出站温度低于 20 度。 混凝土罐车行进期间设置自动喷淋喷头，进行洒水降温。模板在混凝土浇筑前洒水湿润降温。大体积混凝土浇筑使用混凝土输送泵进行浇筑，每当罐车到达后立即进行现场测温和塌落度试验，控制入模温度在 32 度以下。5.养护混凝土浇筑完成后进行密封薄膜养生。在养护过程中要注意补充水分，防止混凝土表面干裂。6.经验与总结中东地区干燥炎热和多风的气候的确是大体积和防辐射混凝土施工的大敌，但是采取相应的措施后，我们仍然可以保证混凝土的施工质量。首先，要立足当地市场，熟悉当地环境。要熟悉当地的施工规范和传统做
15、法，结合当地的市场条件来解决问题。比如，国内较多使用的粉煤灰在中东就相对缺乏，但因当地有炼铁厂，所以粒化高炉矿渣供应相对充裕。其次，高温不一定就一定是坏处。在本实例中，较高的现场温度反而平衡了混凝土里外温差，有利于大体积混凝土的质量保证。再次，要简化施工问题，充分利用国内规范和设计方法。对于防辐射混凝土施工，国内提出的解决方案非常复杂，例如钢渣混凝土等，如果依照国内方法根本不可能及时完成结构施工。在咨询国内专家和国外专家后，我们提出自己的解决方案，结果证明大大简化了施工，也达到了质量要求。另一方面，事实证明我国的土木工程施工技术水平不低于国外某些地区与国家，计算过程和方法都有胡通的地方，因此我
16、们应该大量的使用自己的规范和设计方法来简化施工问题，不宜妄自菲薄，自我矮化。本文提供了一个中东干热环境下大体积防辐射混凝土施工的范例，希望能够抛砖引玉，对大家的工作有所帮助。参考资料：1. BS EN 197 1：2000 CEM IIIA， （欧盟 2000 年颁布实施的水泥.通用水泥组分、规范和合格标准 ）2. ACI 207.1R,（大体积混凝土指南美国混凝土学会委员会 207 号报告美国混凝土学会制） ，3. QCS2010（QATAR CIVIL CONSTRUCTION STANDARD) 卡塔尔施工规范 2010 版。4. 人民黄河第 32 卷第 8 期 2010 年 8 月某水库闸墩大体积混凝土温控新措施刘焕强等。5. 科技信息2010 年第 21 期 水泥水化热与绝热温升计算方法研究何江海等。nts
