[摘要] 本文通過對聚羧酸高性能外加劑和大摻量粉煤灰在國家游泳中心工程預(yù)應(yīng)力大梁混凝土中的試驗(yàn)及應(yīng)用，表明聚羧酸高性能外加劑在保塑性、緩凝性以及混凝土強(qiáng)度和外觀質(zhì)量上同萘系外加劑相比具有很大的優(yōu)勢，特別是在一些技術(shù)要求比較高、難度大的工程中有較高的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)通過工程應(yīng)用，表明在炎熱的夏季進(jìn)行大體積施工時(shí)，通過調(diào)整摻合料的摻量并對原材料采取一系列的降溫措施控制混凝土的入模溫度，能夠有效地控制混凝土裂縫的出現(xiàn)。
[關(guān)鍵詞] 國家游泳中心工程；混凝土；裂縫；控制；研究；應(yīng)用
[中圖分類號] TU528.01 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號] 1002-3550-(2006)04-0070-03
1 前言
混凝土是由水泥、摻合料、外加劑與水配制的膠結(jié)材漿體將分散的砂、石經(jīng)攪拌粘結(jié)在一起的工程材料，硬結(jié)的混凝土是含固相、液相、氣相多元、多相、非勻質(zhì)的水泥基復(fù)合材料。同時(shí)，混凝土又是彈性模量較高而抗拉強(qiáng)度較低的材料，在約束條件下產(chǎn)生收縮，當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于該齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，將導(dǎo)致混凝土開裂?；炷猎跐仓尚秃?，混凝土中的骨料對漿體收縮的約束，使混凝土內(nèi)部從一開始就產(chǎn)生了微裂縫，在環(huán)境溫度、濕度、荷載等因素作用下，這些微裂縫就可能發(fā)展為肉眼可見的宏觀裂縫，因而國內(nèi)外混凝土研究人員對混凝土裂縫問題非常關(guān)注[1]。
2 工程概況
國家游泳中心位于北京奧林匹克公園內(nèi)，是2008 年北京奧運(yùn)會(huì)標(biāo)志性建筑物之一。該工程與國家體育場分列于北京城市中軸線北端的兩側(cè)，共同形成相對完整的北京歷史文化名城形象。國家游泳中心規(guī)劃建設(shè)用地62825m2，賽時(shí)總建筑面積79532m2，其中地下部分的建筑面積57456m2。
國家游泳中心工程地上二層軸線3～7/M～U 范圍處的8根大梁2KL5（ 1B） 設(shè)置為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁，截面尺寸1500mm（ 寬）×3500m（m 高），總長36.8m，跨度為34m。梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋曲線按拋物線布置以滿足梁的剛度要求，預(yù)應(yīng)力筋采用1860 級鋼絞線，直徑D=15.24mm，張拉控制應(yīng)力為0.75fptk，混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可張拉預(yù)應(yīng)力筋。預(yù)應(yīng)力大梁混凝土強(qiáng)度等級為C40，與之相交的梁板混凝土強(qiáng)度等級為C30，兩邊支撐的圓柱混凝土強(qiáng)度等級為C50。
就本次澆筑的8 根預(yù)應(yīng)力大梁來說，屬于大體積混凝土的范疇，由于結(jié)構(gòu)面積大，單方水泥用量較多，混凝土在水化過程中釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此造成的溫度梯度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因，同時(shí)澆筑時(shí)環(huán)境溫度在35℃左右，氣候炎熱。為此，需采取一定的技術(shù)措施避免裂縫的出現(xiàn)。
3 混凝土主要技術(shù)指標(biāo)
考慮到工程的結(jié)構(gòu)、外觀質(zhì)量以及施工條件，其混凝土的技術(shù)要求主要有以下幾個(gè)方面：
1、坍落度(160±20)mm
2、坍落度經(jīng)時(shí)損失≤30mm/h；
3、混凝土和易性良好，無離析泌水現(xiàn)象；
4、出機(jī)溫度≤25℃，入模溫度≤28℃；
5、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C40；
6、拆模后外觀質(zhì)量好，主要體現(xiàn)為光潔度高、氣泡少。
7、初凝時(shí)間≥10 小時(shí)，終凝時(shí)間≤24 小時(shí)。
4 原材料
1、水泥：北京琉璃河水泥廠生產(chǎn)的“ 長城牌”P·O42.5 水泥,其物理化學(xué)性能指標(biāo)如表1 所示：
2、砂子：水洗天然砂，低堿活性，其主要技術(shù)指標(biāo)如表2。
3、石子：山碎石，低堿活性，其主要技術(shù)指標(biāo)如表3。
4、粉煤灰：山東華能德州電廠I 級粉煤灰，其主要技術(shù)指標(biāo)如表4。
5、外加劑：廣州西卡公司生產(chǎn)的聚羧酸外加劑，其主要技術(shù)指標(biāo)如表5。
6、拌合水：自來水
5 技術(shù)方案
1、控制混凝土的澆筑溫度和入模溫度，降低混凝土的溫升值。
為了控制混凝土的出機(jī)溫度和入模溫度，采取如下措施：
?。?1）骨料全部堆放在封閉的大棚內(nèi)，避免太陽直射。
?。?2）提前24 小時(shí)用地下水對石子進(jìn)行澆水降溫，石子澆水后測定的溫度可控制在20℃左右。
?。?3）提前對砂子進(jìn)行大量堆積，生產(chǎn)時(shí)剔除上部2m 左右的砂子，使用下面溫度偏低的砂子，砂子使用時(shí)的溫度可控制在25℃左右。
?。?4）降低生產(chǎn)用水的溫度。提前12 小時(shí)把冰投入水池當(dāng)中降低水溫，同時(shí)生產(chǎn)過程中在攪拌站存放一定量的冰塊，依據(jù)水溫變化狀況，適時(shí)投入冰塊。通過采取加冰措施，水溫可以控制在15℃以下。
?。?5）控制水泥的使用溫度。提前與琉璃河水泥廠進(jìn)行溝通，確保進(jìn)廠的水泥溫度能夠得到有效控制。琉璃河水泥廠通過采取把袋裝水泥破袋后入倉的方式可以實(shí)現(xiàn)水泥使用時(shí)的溫度不超過40℃。
?。?6）對運(yùn)輸車輛罐體進(jìn)行保溫處理，降低環(huán)境與罐體之間的熱交換速率。
2、摻入緩凝型的外加劑，推遲放熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間，降低溫峰值。
3、對混凝土表面加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作，減少內(nèi)外溫差。
4、采用合理的施工工藝和澆筑措施，做好分層度的控制。
6 混凝土配合比的確定
針對預(yù)應(yīng)力大梁混凝土的具體情況，該部位混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)突出以下幾點(diǎn)：
A、低水膠比
B、摻加具有復(fù)合功能的外加劑
C、大量采用優(yōu)質(zhì)細(xì)摻料制備過程中，應(yīng)充分應(yīng)用以上措施，改善混凝土的施工性能和耐久性能。
在解決好混凝土的力學(xué)性能和耐久性能的前提下，還必須采取以下措施，預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。
A、選用低堿水泥，增大混合材的摻量
B、選用B 類骨料
C、控制混凝土總堿量不超過3kg/m3經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)優(yōu)選，最后確定理論配合比如表6。
6.1 堿含量計(jì)算
堿含量計(jì)算結(jié)果如下：
堿含量=300×0.54%＋100×0.15×0.94%＋4.8×0.85%=1.8kg/m3，小于3kg/m3，符合要求。
6.2 熱工計(jì)算
生產(chǎn)時(shí)各種原材料的溫度如表7。
計(jì)算得：拌合物溫度T0=23℃
混凝土出機(jī)溫度T1=23℃
混凝土澆筑時(shí)溫度T2=28℃
混凝土澆筑成型時(shí)的溫度T3=28℃
中心最高溫度T4=66℃
表面溫度T5=58℃
環(huán)境溫度T6=35℃
混凝土內(nèi)外溫差ΔT1=8℃
混凝土表面與大氣溫差ΔT2=23℃
7 混凝土性能試驗(yàn)
根據(jù)所確定的配合比，我們對拌合物的主要物理性能進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)均按照國家有關(guān)混凝土的系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
7.1 混凝土拌合物凝結(jié)時(shí)間和坍落度損失試驗(yàn)
我們根據(jù)理論配合比做了混凝土拌合物的凝結(jié)時(shí)間和坍落度損失試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2、圖3 所示?；炷恋某跄龝r(shí)間為12 時(shí)15 分，終凝為15 時(shí)30 分，該凝結(jié)時(shí)間可完全保證施工作業(yè)面的覆蓋。另外在2 小時(shí)以內(nèi)不足10%的坍落度損失率給泵送施工提供了極大的方便。同時(shí)對預(yù)防混凝土因水泥用量較高，較早出現(xiàn)水泥水化熱高峰起到了抑制作用。
7.2 混凝土拌合物含氣量試驗(yàn)
通過試驗(yàn)測定，我們發(fā)現(xiàn)新拌混凝土的含氣量為1.7%～2.5%，經(jīng)過振搗，氣泡溢出。故在澆筑過程中應(yīng)將混凝土充分振搗密實(shí)，使含氣量降至最低限度。
由于我們選用的西卡聚羧酸外加劑屬于非引氣型高效減水劑，引入的含氣量比一般普通減水劑少，而且引入的氣泡是密閉的、分布均勻的微小氣泡，一般不會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，而且能改善混凝土的和易性、可泵性和耐久性。
7.3 混凝土可泵性試驗(yàn)
為確保混凝土在實(shí)際應(yīng)用時(shí)泵送順利，我們對該拌合物進(jìn)行了壓力泌水試驗(yàn)，泌水值在80mL～100mL 之間，證明該混凝土具有良好的可泵性，實(shí)際施工性能良好。
8 工程應(yīng)用狀況
距大梁上部、底部50mm～100mm 處及在中部分別埋設(shè)了測
溫點(diǎn)，溫度測量結(jié)果如表8 所示。
測量結(jié)果顯示，混凝土中心最高溫度在3～4 天達(dá)到最高69℃，表面溫度3～4 天內(nèi)達(dá)到最高溫度63℃，在測量的時(shí)間段內(nèi)，內(nèi)外溫差、表面與大氣溫差均在25℃以下，這對防止出現(xiàn)溫度裂縫和收縮裂縫極為有利[2]。
依據(jù)JGJ/T23-2001/J115-200《1 回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》方法，經(jīng)過對實(shí)體做隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)體混凝土28 天強(qiáng)度為48MPa-56MPa，為強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的120%～140%，滿足設(shè)計(jì)要求。
從拆模之后的效果來看，大梁表面光潔度高，8 根大梁沒有發(fā)現(xiàn)一條裂縫。摻加粉煤灰與高性能外加劑在國家游泳中心工程中的應(yīng)用，為高性能混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
9 結(jié)論
通過一系列的試驗(yàn)室工作和實(shí)際工程應(yīng)用，我們可以得出如下結(jié)論：
1、聚羧酸高性能外加劑在保塑性、緩凝性以及強(qiáng)度和外觀質(zhì)量上同萘系外加劑相比具有很大的優(yōu)勢，特別是在一些技術(shù)要求比較高、難度大的工程中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
2、在炎熱的夏季進(jìn)行大體積施工時(shí)，通過調(diào)整粉煤灰的摻量并對原材料采取一系列的降溫措施控制混凝土的入模溫度，能夠有效地控制混凝土裂縫的出現(xiàn)。
3、在采取有效措施的前提下，預(yù)應(yīng)力混凝土摻合料摻量可以突破現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的限制。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 韓素芳.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
[2] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997
