[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應力大梁混凝土中的試驗及應用，表明聚羧酸高性能外加劑在保塑性、緩凝性以及混凝土強度和外觀質量上同萘系外加劑相比具有很大的優勢，特別是在一些技術要求比較高、難度大的工程中有較高的應用價值。同時通過工程應用，表明在炎熱的夏季進行大體積施工時，通過調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。
[關鍵詞] 國家游泳中心工程；混凝土；裂縫；控制；研究；應用
[中圖分類號] TU528.01 [文獻標識碼] 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材漿體將分散的砂、石經攪拌粘結在一起的工程材料，硬結的混凝土是含固相、液相、氣相多元、多相、非勻質的水泥基復合材料。同時，混凝土又是彈性模量較高而抗拉強度較低的材料，在約束條件下產生收縮，當產生的拉應力大于該齡期混凝土的抗拉強度時，將導致混凝土開裂。混凝土在澆筑成型后，混凝土中的骨料對漿體收縮的約束，使混凝土內部從一開始就產生了微裂縫，在環境溫度、濕度、荷載等因素作用下，這些微裂縫就可能發展為肉眼可見的宏觀裂縫，因而國內外混凝土研究人員對混凝土裂縫問題非常關注[1]。
2 工程概況
國家游泳中心位于北京奧林匹克公園內，是2008 年北京奧運會標志性建筑物之一。該工程與國家體育場分列于北京城市中軸線北端的兩側，共同形成相對完整的北京歷史文化名城形象。國家游泳中心規劃建設用地62825m2，賽時總建筑面積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） 設置為有粘結預應力梁，截面尺寸1500mm（ 寬）×3500m（m 高），總長36.8m，跨度為34m。梁內預應力筋曲線按拋物線布置以滿足梁的剛度要求，預應力筋采用1860 級鋼絞線，直徑D=15.24mm，張拉控制應力為0.75fptk，混凝土強度達到100%后方可張拉預應力筋。預應力大梁混凝土強度等級為C40，與之相交的梁板混凝土強度等級為C30，兩邊支撐的圓柱混凝土強度等級為C50。
就本次澆筑的8 根預應力大梁來說，屬于大體積混凝土的范疇，由于結構面積大，單方水泥用量較多，混凝土在水化過程中釋放的水化熱會產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力是導致大體積混凝土出現裂縫的主要原因，同時澆筑時環境溫度在35℃左右，氣候炎熱。為此，需采取一定的技術措施避免裂縫的出現。
3 混凝土主要技術指標
考慮到工程的結構、外觀質量以及施工條件，其混凝土的技術要求主要有以下幾個方面：
1、坍落度(160±20)mm
2、坍落度經時損失≤30mm/h；
3、混凝土和易性良好，無離析泌水現象；
4、出機溫度≤25℃，入模溫度≤28℃；
5、設計強度等級為C40；
6、拆模后外觀質量好，主要體現為光潔度高、氣泡少。
7、初凝時間≥10 小時，終凝時間≤24 小時。
4 原材料
1、水泥：北京琉璃河水泥廠生產的“ 長城牌”P·O42.5 水泥,其物理化學性能指標如表1 所示：
2、砂子：水洗天然砂，低堿活性，其主要技術指標如表2。
3、石子：山碎石，低堿活性，其主要技術指標如表3。
4、粉煤灰：山東華能德州電廠I 級粉煤灰，其主要技術指標如表4。
5、外加劑：廣州西卡公司生產的聚羧酸外加劑，其主要技術指標如表5。
6、拌合水：自來水
5 技術方案
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，避免太陽直射。
（ 2）提前24 小時用地下水對石子進行澆水降溫，石子澆水后測定的溫度可控制在20℃左右。
（ 3）提前對砂子進行大量堆積，生產時剔除上部2m 左右的砂子，使用下面溫度偏低的砂子，砂子使用時的溫度可控制在25℃左右。
（ 4）降低生產用水的溫度。提前12 小時把冰投入水池當中降低水溫，同時生產過程中在攪拌站存放一定量的冰塊，依據水溫變化狀況，適時投入冰塊。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行溝通，確保進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現水泥使用時的溫度不超過40℃。
（ 6）對運輸車輛罐體進行保溫處理，降低環境與罐體之間的熱交換速率。
2、摻入緩凝型的外加劑，推遲放熱峰值出現的時間，降低溫峰值。
3、對混凝土表面加強養護工作，減少內外溫差。
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
針對預應力大梁混凝土的具體情況，該部位混凝土配合比設計應重點突出以下幾點：
A、低水膠比
B、摻加具有復合功能的外加劑
C、大量采用優質細摻料制備過程中，應充分應用以上措施，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性能和耐久性能的前提下，還必須采取以下措施，預防混凝土堿骨料反應的發生。
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經大量的實驗優選，最后確定理論配合比如表6。
6.1 堿含量計算
堿含量計算結果如下：
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 熱工計算
生產時各種原材料的溫度如表7。
計算得：拌合物溫度T0=23℃
混凝土出機溫度T1=23℃
混凝土澆筑時溫度T2=28℃
混凝土澆筑成型時的溫度T3=28℃
中心最高溫度T4=66℃
表面溫度T5=58℃
環境溫度T6=35℃
混凝土內外溫差ΔT1=8℃
混凝土表面與大氣溫差ΔT2=23℃
7 混凝土性能試驗
根據所確定的配合比，我們對拌合物的主要物理性能進行了試驗。試驗均按照國家有關混凝土的系列標準進行。
7.1 混凝土拌合物凝結時間和坍落度損失試驗
我們根據理論配合比做了混凝土拌合物的凝結時間和坍落度損失試驗，試驗結果如圖1、圖2、圖3 所示。混凝土的初凝時間為12 時15 分，終凝為15 時30 分，該凝結時間可完全保證施工作業面的覆蓋。另外在2 小時以內不足10%的坍落度損失率給泵送施工提供了極大的方便。同時對預防混凝土因水泥用量較高，較早出現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
通過試驗測定，我們發現新拌混凝土的含氣量為1.7%～2.5%，經過振搗，氣泡溢出。故在澆筑過程中應將混凝土充分振搗密實，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，一般不會降低混凝土強度，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
為確保混凝土在實際應用時泵送順利，我們對該拌合物進行了壓力泌水試驗，泌水值在80mL～100mL 之間，證明該混凝土具有良好的可泵性，實際施工性能良好。
8 工程應用狀況
距大梁上部、底部50mm～100mm 處及在中部分別埋設了測
溫點，溫度測量結果如表8 所示。
測量結果顯示，混凝土中心最高溫度在3～4 天達到最高69℃，表面溫度3～4 天內達到最高溫度63℃，在測量的時間段內，內外溫差、表面與大氣溫差均在25℃以下，這對防止出現溫度裂縫和收縮裂縫極為有利[2]。
依據JGJ/T23-2001/J115-200《1 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》方法，經過對實體做隨機抽樣檢驗結果表明，實體混凝土28 天強度為48MPa-56MPa，為強度設計值的120%～140%，滿足設計要求。
從拆模之后的效果來看，大梁表面光潔度高，8 根大梁沒有發現一條裂縫。摻加粉煤灰與高性能外加劑在國家游泳中心工程中的應用，為高性能混凝土在實際工程中的應用積累了寶貴經驗。
9 結論
通過一系列的試驗室工作和實際工程應用，我們可以得出如下結論：
1、聚羧酸高性能外加劑在保塑性、緩凝性以及強度和外觀質量上同萘系外加劑相比具有很大的優勢，特別是在一些技術要求比較高、難度大的工程中具有較高的應用價值。
2、在炎熱的夏季進行大體積施工時，通過調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。
3、在采取有效措施的前提下，預應力混凝土摻合料摻量可以突破現行國家標準規范的限制。
[參考文獻]
[1] 韓素芳.鋼筋混凝土結構裂縫控制指南[M].北京：化學工業出版社，2004.
[2] 王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，1997
