沙漠地区高温干燥环境下混凝土施工技术.pdf

2 0 1 3年第 1 1 期 1 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0 NCR ET E AND CE MEN T P ROD UC T S 2 01 3 No 1 1 No v e mb e r 沙漠地区高温干燥环境下混凝土施工技术 张秋祥 ( 中国铁建十八局集团科技管理部 ， 天津 3 0 0 2 2 2 ) 摘 要 ： 以沙特 阿拉伯王 国新建 南北铁路 工程 为依托 针对沙漠炎热干燥环境下 高性能混凝土施工与质量控 制 ， 从 超 高 温 、 长 距 离、 大 坍 落 度 混 凝 土施 工控 制 几 个 方 面 ， 提 出 了混 凝 土 耐 久性 的技 术 保 证 措 施 。 关 键 词 ： 高温 ； 干燥 环 境 ； 混凝 土施 工 Ab s t r a c t ： B a s e d o n N e w b u i l t No r t h S o u t h Ra i l wa y P mi e c t i n K S A w h e r e t h e h i g h p e r f o r ma n c e c o n e r e t e c o n s t r u c t i o n a n d i t s q u a l i t y c o n t r o l s h o u l d b e c a r r i e d o u t u n d e r t h e h i g h t e mp e r a t u r e a n d d r y e n v i r o n me n t i n d e s e rt， t h e t e c h n o l o g Y g u a r a n t e e me a s u r e s a r e p u t f o r w a r d a b o u t c o n c r e t e d u r a b i l i t y f r o m t h e f o l l o wi n g a s p e c t s s u c h a s e x t r a - h i g h t e mp e r a t u r e ，l o n g di s t a n c e ，l a r g e s l u mp c o n c r e t e c o ns t r uc t i o n c o n t r o l a nd S O o n Ke y wo r d s ：Hi g h T e mp e r a t u r e ； Dry E n v i r o n me n t ；C o n c r e t e Co n s t r u c t i o n 中图分类号 ： T U 7 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3) 1 1 7 0 0 5 0前言 沙特南北铁路纵贯 N a f u d沙漠 ，该地区属于热 带荒漠气候 ， 干燥炎热 ， 年平均气温在 3 5 以上 ， 绝 对最高气温可达 5 O 6 5 是世界上最干热的地区 之一 ， 降水量稀少 ， 大部分地 区年降水在 1 0 0 mm以 下 。在此环境下施工 ， 混凝土的运输距离一般要控 制在 l O O k m范围以内。但 由于实际情况所限 ， 该工 程 中，个别 区段 的混凝土运输距离超过了 1 5 0 k m。 在这样 的环境条件进行 大规模 的混凝土施工且运 输距离长 。 必然造成严重不利的影响。 在高温环境下 必须充分考虑混凝土坍落度损 失过快的问题 。混凝土的工作性受到原材料特性 、 温度 、 拌合用水量、 运输时间、 化学外加剂等诸多因 素的影 响。本文提出的“ 集 中预拌制 ， 现场二次拌 合 ” 的混凝土施工技术 ， 成功地解决了超高温施工 、 长距离运输 、 大坍落度混凝土、 浇筑 、 养护等施工难 题 ， 最大程度上提高 了混凝土的施工质量 。 可为类 似工程提供参考。 1 工程概 况 沙特南北铁路 C T 2 0 o标段共 4 5 9 8 k m工期 自 2 0 0 7年 4月 1 13至 2 0 1 0年 7月 3 0 13共 4 0个 月。全段各类混凝土结构物 5 4 6座 ， 成线形分布 。 跨 距大且分散 ， 需混凝土 2 0多万 m ， 铺轨 5 1 0 k m。混 凝土结构物设计及验收全部采用美 国标准 ， 浇筑方 式采用泵送高性能混凝 土 。 要达到抗 风化 、 抗硫酸 盐侵蚀 、 高强度 、 无开裂等耐久性要求 。由于受沙漠 特殊施工条件 的限制 ， 混凝土搅拌站 与施工浇筑地 一 7 0一 点的距离偏大，混凝土运输距离平均控制在 1 0 0 k m 的范 围内。但个 别区段 的混凝土运输距 离超过了 1 50 k m。 2坍落度控 制 2 1 高温对坍落度损失影响的定性分析 在混凝土 的设计阶段应 确保适合施工 的坍落 度值 ， 确定坍落度损失与运输时间、 温度 ( 环境温度 和混凝土温度 ) 、 运输方式等因素的定量关系， 使拌 合物坍落度的保 持时间随着混凝土运输距 离的变 化而相应变化 ， 对于离浇筑地点较近 的一般控制在 3 0 m i n或更少的时间就能满足施工要求 ，但是对于 需 要 长距 离 的运 输就 需要 2 3 h或更 长 的 时 间才 能 满足施工要求。随着运输距离的加大和周围环境温 度的升高 ， 要克服坍落度损失加快 ， 确保混凝土在 人模时具有要求的和易性很困难 。通过前面的试验 研究及定量分析 ，我们可 以用 图 l所示 的曲线 ， 进 行定性分析 ， 在理论上得 出高温对坍落度损失加速 影响的几种消除方法和措施。 在图 1中曲线 A代表某一处 于中等温度环境 中的混凝土拌合物坍落度随时间损失的曲线 。 初始 坍落度为 S 。 ， 在拌合后经过 t 。 达到绝对最小值 的坍 落度为 S 。绝对最小值是指适合混凝土施工操作 和振捣的最小允许坍落度。同样的混凝土 ， 当在高 温环境时 ， 坍落度损失速率增大， 经历更短的时间 t 。 就达到了坍落度的绝对最小值 ， 如果时间 t ， 不能满 足在该温度下混凝土工作时间的要求 ( 曲线B ) ， 为 了延长混凝土工作时间 ，初始坍落度被加大到 S ， ： 塑 菜 赢 。 一 计 量 薹 主 月 土 磊 的 负 ； 圭 美 耋 量 提 高 水 泥 用 一明 琨 黜 擀恢 3 一 3 1 掺 量 的 影 响 至 混 至 薏 姗 ， 誓 辈 剂 用 兰 嘉 暮 筹 图 3 为 外 加 剂 另 筹 兰 喜 蓑 墨 茎 嘉 掺量 ( 按水泥的重量) 图 3 外加剂对二次拌合水 和强度 的影响 在图 3中的总用水量包括 ： 拌制最初坍落度为 1 O O m m的拌合水用量和随后 ( 1 h后) 二次拌合为 了 达到初始坍落度 而添加 的拌合水量 。由 图 可 以看 出， 由于使用 了减水剂使得用水量下降 ，并 且 用 水 量的下降值随外加剂使用量的增加而增加 在 图 3还 可看 出 ，随着总用水量 的降低 ，水 灰 也随之降低， 因而混凝土强度增加 。虽然使用 了 水剂 ， 但二次拌合所需拌合水并没有 比未使用减 水剂时减少 ， 事实上这两种情况( 使用减水剂和未 使用减水剂二次拌合所需拌合水量 ) 用水量是相 同 的， 而减少的这部分拌合水用于恢复初始坍落度 减水剂通常可以加速坍落度损失的速率 ，但 在 三 拌 合 中 使 用 上 述 外 加 剂 对 混 凝 土 是 有 益 的 ， 这 是 因 它 既不会降低混凝土强度 ，也 不 会增 加水 i t 因此 ， 在炎热环境 中用提高减水剂掺量 的方法 进行二次拌合是一个可行的方案 3 3 掺加超塑剂二次拌合 前期试验 已经证实，超塑剂可以很大程度上增 图 4 温度对超塑剂掺量 的影响 在施工 中， 可根据假定在高温施工环境 中所需 要掺加超塑剂的计量作为控制值 ，这样更能够确保 现场二次拌合的混凝土达到施工要求 3 3 2 连续 “ 二次拌合 的适用条件 对 于 需 要 超 长 距 离 运 输 ( 如 2 0 0 3 0 0 k m) 的混 土 ， 虽然可以通过多次的“ 二次拌合， ， 恢复最佳_丁 作性 ，但超塑剂 的效力将 随拌合次数的增加而减 弱。图 5为连续“ 二次拌合” 对坍落度的影响 ，由图 5 司见 ， 如果连续重复二次拌合 ，并且使用相 同掺量 外加剂 ， 那么， 每次只能达到一个更低的坍落度 并且混凝土保持这个工作性能的时间会变短 图 6为不 同时间间隔及超塑剂掺量对坍落度 的影响曲线 。由图 6 a可以看出 ，这个曲线反映了从 初始拌合到使用掺加 0 5 超塑剂 的二次拌合 ，时 间 间 隔 对坍落度的影响效果 。在这 个 过程 中 ，二 次 拌 合分别为初始拌合后的 3 0 ra i n 、6 0 mi n和 9 0 mj n 图 6 的数据与图 5是吻合的 。可以看出， 掺加 0 5 超塑 剂的作用效果随二次拌合次数的增加而减少 但j 文 种减少在掺量为 3 的二次拌合中未观察到 事 实 2 0 1 3 年第 1 l 期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 1期 射 ， 储水槽和输送管道应进行 隔热 、 保温处理或漆 成 白色。可 以使用制冷 、 液氮或冰对拌合水经行冷 却处理。 通常拌合水 降低 2 0 2 2 可以使混凝土拌合 物温度降低 O 5 ， 由于拌合水在整个拌合物 中所 占 的 比例很小 。 若只采用单独冷却水的方法 ， 混凝土 的温度降低幅度一般不超过 4 5 。 3 4 3 使用片冰拌合混凝土 对于极端炎热高温环境下的混凝土拌合 。 使用 冰代替部分拌合水可 以进一步降低新拌混凝土 的 温度 。在现场实际操作时 是将冰破碎成片冰或刨 冰的形式加入到拌合物 中， 并要确保在拌合过程 中 全部融化 。由于固态冰变成液态水 的过程能够 以 3 3 5 J g的比率吸收热量 ， 因此 可以使混凝土获得更 低 的温度 。 ( 1 ) 使用片冰对拌合物初始温度的影响 当片冰作为拌合水 的一部分参与混凝土拌合 时 ， 必须 考 虑冰 的溶 解热 影 响 ， 所 以 ， 混 凝 土拌 合 物 的初始温度计算公式应修改为如下形式 ： T 一0 2 2 ( T a Ma + T c Mc ) + T w Mw + T w a Mw a + 7 9 6 Mi 混 凝 土 一 芝 了 i 丽 一 式 中 ， T混 凝 为 新拌 混凝 土 温度 ， ； Ma 、 Mc 、 Mw、 M w a 、 Mi 分别为集料、 水泥 、 拌合水 、 集料中 自由水 、 片冰 的质量 ， k g ； T a 、 T c 、 T w、 T w a 分 别为集 料 、水 泥 、 拌合水 、 集料 中自由水的温度 ， 。 根据 上述 公 式 表 2中的热 工 计算 给 出了用 冰 片替代部分拌合水混凝土拌合物 的初始温度的计 算过程 。在现场施工中可 以使用这种方法近似估算 出拌合物 的初始温度 ， 为炎热环境下混凝土的施工 措施提供量化数据。 混凝土的初始温度= 6 5 l 7 7 = 2 4 1 冰的溶解热为 3 3 5 k J k g 由表 2给出的计算结 果 显示 4 4 k g的片 冰 对 于混凝 土 的初始 温 度 的影 响 比冷却水更有效果。 表 1 组分材料对混凝土初始温度的影响 ( 2 ) 片冰制 备 的实施 本工程混凝土拌合物 降温设备采用集装箱式 整体片冰机 ， 型号为 F 1 5 0 C， 日产量为 1 5 t 。 该设备采 用加强型集装箱 ， 内部全套制冰系统 ， 同时箱 内安 装有风冷却装 置 ， 使箱 内保持恒定温度 ， 确保设备 在恶劣工作环境下能够正常工作 。 4 结语 “ 二次拌 合” 技术在沙特阿拉伯王 国新建南北 铁路工程中的应用 极大程度上提高了混凝土的施 工质量 。 加快 了施工工期 节约 了施工设 备和混凝 土原材料投入 得到业主和监理方 的共同认可 ， 并 通过 了欧洲安全质量评估委员会 ( B MR C) 的第三方 检查评估 。2 0 1 1 年 8月 ， 业主邀请欧洲安全质量评 7 4 估委员会作为独立第三方 ， 对全线 的施工质量进行 了检查评估，评估报告认为 ，无论是桥涵混凝土质 量 ， 还 是线 路质量 。 本 工程段 都是全 线最 好 的 。 “ 二 次 拌合 ” 技 术 可 为 高 温环 境 下 混 凝 土 的施 工与质量控制提供借鉴和参考。由于混凝土配合比 设计 、 性能指标测试方法 、 施工和验收标准全部采 用 美 国标 准 ， 也 是对 目前 常用 的欧 洲 标准 和 国标 的 有益补充和探索。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 9 2 8 作者简介 ： 张秋祥 。 男， 高 级工程师 。 通讯地址 ： 天津河西区 中国铁建 十八局集 团科技管理部 联 系 电话 ： 1 3 9 2 0 9 7 3 1 6 3 E- ma i l ： z h q x 22 1 71 6 3 c o m