[摘要] 本文通过对聚羧酸高性能外加剂和大掺量粉煤灰在国家游泳中心工程预应力大梁混凝土中的试验及应用，表明聚羧酸高性能外加剂在保塑性、缓凝性以及混凝土强度和外观质量上同萘系外加剂相比具有很大的优势，特别是在一些技术要求比较高、难度大的工程中有较高的应用价值。同时通过工程应用，表明在炎热的夏季进行大体积施工时，通过调整掺合料的掺量并对原材料采取一系列的降温措施控制混凝土的入模温度，能够有效地控制混凝土裂缝的出现。
[关键词] 国家游泳中心工程；混凝土；裂缝；控制；研究；应用
[中图分类号] TU528.01 [文献标识码] A [文章编号] 1002-3550-(2006)04-0070-03
1 前言
混凝土是由水泥、掺合料、外加剂与水配制的胶结材浆体将分散的砂、石经搅拌粘结在一起的工程材料，硬结的混凝土是含固相、液相、气相多元、多相、非匀质的水泥基复合材料。同时，混凝土又是弹性模量较高而抗拉强度较低的材料，在约束条件下产生收缩，当产生的拉应力大于该龄期混凝土的抗拉强度时，将导致混凝土开裂。混凝土在浇筑成型后，混凝土中的骨料对浆体收缩的约束，使混凝土内部从一开始就产生了微裂缝，在环境温度、湿度、荷载等因素作用下，这些微裂缝就可能发展为肉眼可见的宏观裂缝，因而国内外混凝土研究人员对混凝土裂缝问题非常关注[1]。
2 工程概况
国家游泳中心位于北京奥林匹克公园内，是2008 年北京奥运会标志性建筑物之一。该工程与国家体育场分列于北京城市中轴线北端的两侧，共同形成相对完整的北京历史文化名城形象。国家游泳中心规划建设用地62825m2，赛时总建筑面积79532m2，其中地下部分的建筑面积57456m2。
国家游泳中心工程地上二层轴线3～7/M～U 范围处的8根大梁2KL5（ 1B） 设置为有粘结预应力梁，截面尺寸1500mm（ 宽）×3500m（m 高），总长36.8m，跨度为34m。梁内预应力筋曲线按抛物线布置以满足梁的刚度要求，预应力筋采用1860 级钢绞线，直径D=15.24mm，张拉控制应力为0.75fptk，混凝土强度达到100%后方可张拉预应力筋。预应力大梁混凝土强度等级为C40，与之相交的梁板混凝土强度等级为C30，两边支撑的圆柱混凝土强度等级为C50。
就本次浇筑的8 根预应力大梁来说，属于大体积混凝土的范畴，由于结构面积大，单方水泥用量较多，混凝土在水化过程中释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此造成的温度梯度收缩应力是导致大体积混凝土出现裂缝的主要原因，同时浇筑时环境温度在35℃左右，气候炎热。为此，需采取一定的技术措施避免裂缝的出现。
3 混凝土主要技术指标
考虑到工程的结构、外观质量以及施工条件，其混凝土的技术要求主要有以下几个方面：
1、坍落度(160±20)mm
2、坍落度经时损失≤30mm/h；
3、混凝土和易性良好，无离析泌水现象；
4、出机温度≤25℃，入模温度≤28℃；
5、设计强度等级为C40；
6、拆模后外观质量好，主要体现为光洁度高、气泡少。
7、初凝时间≥10 小时，终凝时间≤24 小时。
4 原材料
1、水泥：北京琉璃河水泥厂生产的“ 长城牌”P·O42.5 水泥,其物理化学性能指标如表1 所示：
2、砂子：水洗天然砂，低碱活性，其主要技术指标如表2。
3、石子：山碎石，低碱活性，其主要技术指标如表3。
4、粉煤灰：山东华能德州电厂I 级粉煤灰，其主要技术指标如表4。
5、外加剂：广州西卡公司生产的聚羧酸外加剂，其主要技术指标如表5。
6、拌合水：自来水
5 技术方案
1、控制混凝土的浇筑温度和入模温度，降低混凝土的温升值。
为了控制混凝土的出机温度和入模温度，采取如下措施：
（ 1）骨料全部堆放在封闭的大棚内，避免太阳直射。
（ 2）提前24 小时用地下水对石子进行浇水降温，石子浇水后测定的温度可控制在20℃左右。
（ 3）提前对砂子进行大量堆积，生产时剔除上部2m 左右的砂子，使用下面温度偏低的砂子，砂子使用时的温度可控制在25℃左右。
（ 4）降低生产用水的温度。提前12 小时把冰投入水池当中降低水温，同时生产过程中在搅拌站存放一定量的冰块，依据水温变化状况，适时投入冰块。通过采取加冰措施，水温可以控制在15℃以下。
（ 5）控制水泥的使用温度。提前与琉璃河水泥厂进行沟通，确保进厂的水泥温度能够得到有效控制。琉璃河水泥厂通过采取把袋装水泥破袋后入仓的方式可以实现水泥使用时的温度不超过40℃。
（ 6）对运输车辆罐体进行保温处理，降低环境与罐体之间的热交换速率。
2、掺入缓凝型的外加剂，推迟放热峰值出现的时间，降低温峰值。
3、对混凝土表面加强养护工作，减少内外温差。
4、采用合理的施工工艺和浇筑措施，做好分层度的控制。
6 混凝土配合比的确定
针对预应力大梁混凝土的具体情况，该部位混凝土配合比设计应重点突出以下几点：
A、低水胶比
B、掺加具有复合功能的外加剂
C、大量采用优质细掺料制备过程中，应充分应用以上措施，改善混凝土的施工性能和耐久性能。
在解决好混凝土的力学性能和耐久性能的前提下，还必须采取以下措施，预防混凝土碱骨料反应的发生。
A、选用低碱水泥，增大混合材的掺量
B、选用B 类骨料
C、控制混凝土总碱量不超过3kg/m3经大量的实验优选，最后确定理论配合比如表6。
6.1 碱含量计算
碱含量计算结果如下：
碱含量=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 热工计算
生产时各种原材料的温度如表7。
计算得：拌合物温度T0=23℃
混凝土出机温度T1=23℃
混凝土浇筑时温度T2=28℃
混凝土浇筑成型时的温度T3=28℃
中心最高温度T4=66℃
表面温度T5=58℃
环境温度T6=35℃
混凝土内外温差ΔT1=8℃
混凝土表面与大气温差ΔT2=23℃
7 混凝土性能试验
根据所确定的配合比，我们对拌合物的主要物理性能进行了试验。试验均按照国家有关混凝土的系列标准进行。
7.1 混凝土拌合物凝结时间和坍落度损失试验
我们根据理论配合比做了混凝土拌合物的凝结时间和坍落度损失试验，试验结果如图1、图2、图3 所示。混凝土的初凝时间为12 时15 分，终凝为15 时30 分，该凝结时间可完全保证施工作业面的覆盖。另外在2 小时以内不足10%的坍落度损失率给泵送施工提供了极大的方便。同时对预防混凝土因水泥用量较高，较早出现水泥水化热高峰起到了抑制作用。
7.2 混凝土拌合物含气量试验
通过试验测定，我们发现新拌混凝土的含气量为1.7%～2.5%，经过振捣，气泡溢出。故在浇筑过程中应将混凝土充分振捣密实，使含气量降至最低限度。
由于我们选用的西卡聚羧酸外加剂属于非引气型高效减水剂，引入的含气量比一般普通减水剂少，而且引入的气泡是密闭的、分布均匀的微小气泡，一般不会降低混凝土强度，而且能改善混凝土的和易性、可泵性和耐久性。
7.3 混凝土可泵性试验
为确保混凝土在实际应用时泵送顺利，我们对该拌合物进行了压力泌水试验，泌水值在80mL～100mL 之间，证明该混凝土具有良好的可泵性，实际施工性能良好。
8 工程应用状况
距大梁上部、底部50mm～100mm 处及在中部分别埋设了测
温点，温度测量结果如表8 所示。
测量结果显示，混凝土中心最高温度在3～4 天达到最高69℃，表面温度3～4 天内达到最高温度63℃，在测量的时间段内，内外温差、表面与大气温差均在25℃以下，这对防止出现温度裂缝和收缩裂缝极为有利[2]。
依据JGJ/T23-2001/J115-200《1 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》方法，经过对实体做随机抽样检验结果表明，实体混凝土28 天强度为48MPa-56MPa，为强度设计值的120%～140%，满足设计要求。
从拆模之后的效果来看，大梁表面光洁度高，8 根大梁没有发现一条裂缝。掺加粉煤灰与高性能外加剂在国家游泳中心工程中的应用，为高性能混凝土在实际工程中的应用积累了宝贵经验。
9 结论
通过一系列的试验室工作和实际工程应用，我们可以得出如下结论：
1、聚羧酸高性能外加剂在保塑性、缓凝性以及强度和外观质量上同萘系外加剂相比具有很大的优势，特别是在一些技术要求比较高、难度大的工程中具有较高的应用价值。
2、在炎热的夏季进行大体积施工时，通过调整粉煤灰的掺量并对原材料采取一系列的降温措施控制混凝土的入模温度，能够有效地控制混凝土裂缝的出现。
3、在采取有效措施的前提下，预应力混凝土掺合料掺量可以突破现行国家标准规范的限制。
[参考文献]
[1] 韩素芳.钢筋混凝土结构裂缝控制指南[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997
