沙漠高温地区大体积混凝土施工技术研究

摘要：本文主要研究在沙漠高温地区下大体积混凝土施工过程，以及如何做好高温地区混凝土温度控制。根据混凝土的内外温度差以及温度演化过程的研究，采取相应措施以降低水化热，保证内外温差在可控范围内，从而避免大体积混凝土在凝结硬化过程中出现温度裂缝。本文通过结合实际案例展开对沙漠高温地区大体积混凝土施工技术研究，研究的结果对高温天气下大体积混凝土温控防裂具有一定参考意义。

关键词： 沙漠高温地区 大体积混凝土 温度控制 裂缝

案例背景：阿尔及利亚比斯卡拉省Oumache-III 1300兆瓦联合循环燃气轮机电厂项目位于撒哈拉沙漠边缘地带，属于热带沙漠气候，气候炎热干燥，旱季白天最高温度超过50℃，该项目主要包含各类锅炉、燃气涡轮发电机、烟囱、冷却系统、水处理系统、燃气处理系统、油处理系统、电力系统及配套的各类设备、场站、泵房等土建工程，其中电力系统基础均为独立混凝土扩大基础，最大基础混凝土一次性浇筑量达到700m³，属于大体积混凝土。

1 大体积混凝土产生裂缝主要原因分析

1.1内外温差产生温度应力

大体积混凝土在凝结硬化初期，水泥在水化过程中产生大量的热，而混凝土导热性差，尤其大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，从而引起绝热温升。由于外界环境气温变化导致混凝土表面温度和芯部温度产生较大温差，产生温度应力。在混凝土初期强度不高的情况下，难以抵抗温度应力，最终导致混凝土开裂。

1.2混凝土的收缩变形

混凝土的拌合水中，仅有约20%的水分时水泥水化所需要的，其余80%最终会被蒸发掉。混凝土中多余水的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。由于外部水分蒸发快、内部水分蒸发慢产生湿度梯度，造成混凝土表面收缩大内部收缩小，致使表面收到拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时混凝土表面便出现开裂[1]，最终逐步扩展到内部。

由此可见，混凝土的裂缝主要成因由“温度”、“水分”两个关键因素导致，所以控制好这两个关键点将有效的避免大体积混凝土的开裂。

2 温度控制措施

2.1混凝土原材温度控制

1）骨料温度控制：砂石料仓储采用遮阳棚，并在粗骨料仓安装喷淋设备，当地气温高于35℃情况下，对粗骨料进行适当的洒水有利于降低混凝土拌合温度[2]；

2）水泥温度控制：对水泥进行进场温度检测，温度控制在50℃以下，旱季7-8月份设置遮阳棚或洒水降温；

3）拌合水温度控制：安装制冰机降低拌合用水温度，项目共设两座拌合站（HZS90/HZS60），90站设162立方水池一个，配置180千瓦制冰机两台，60站设105立方水池一个，配置240千瓦制冰机一台。制冷速度为每小时下降1.1℃，经测试两个水池最低温度可以达到12℃以下，满足施工需求。

2.2优化混凝土配合比

本项目混凝土设计强度为RN30（30MPa），通过配合比优化最终水胶比为0.46，水泥用量为370kg/m³，有效降低混凝土凝结硬化的产生的温度。

2.3混凝土浇筑温度控制

水泥的水化热和混凝土出机温度会影响混凝土内部温度的峰值，出机温度越高，峰值也越高，导致混凝土内外温差也越大，温差应力随之增大。当温差应力大于混凝土的抗拉强度和变形能力时，混凝土就会产生温度应力裂缝。因此《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-92中规定大体积混凝土浇筑温度不宜超过28℃，这无疑也要控制较低的出机温度。[3]

3湿度控制措施

3.1混凝土浇筑时间

通过合理安排施工计划，避开高温季节或高温时间段，混凝土浇筑应尽量在控制在11月-3月期间，如果无法避开高温季节，则应选择在夜间浇筑，防止周围环境气温过高加速混凝土表面水分蒸发，造成混凝土产生干缩裂缝。

3.2混凝土保温保湿养护

混凝土浇筑完成后的前3天带模养护，顶部采用塑料薄膜覆盖表面后再覆盖一层土工布，减缓混凝土表面水分蒸发速度，同时在中午高温时间段安排水车洒水，水温不得低于混凝土表面温度10℃以上，养护时间不得低于14天。[4]

4 混凝土芯部绝热温升模拟试验

为测试混凝土在凝结硬化时水化热中产生的绝热温升，通过监测混凝土在绝热环境中凝结硬化时的温度变化来模拟大体积混凝土芯部最大温升。

4.1试验方法

模拟试验的混凝土试件尺寸为1×1 ×1m，试件周围全部使用厚度为20cm泡沫板包裹，同时模板外部用塑料布包裹，以保证试件与外界温度隔绝。

试件内部预埋温度传感器，埋设部位分别为中心、顶部、底部、侧部等四个部位，传感器埋设距离试件表面为5cm，埋设前要对每个传感器进行测试，每个部位最少埋设2个传感器，防止传感器损坏后记录数据缺失。

温度监控设备要求有自动记录储存功能，平均每隔10分钟记录一次温度，试验监测周期为7天。

4.2试验结果

通过对试验数据的分析可以发现，混凝土试件在浇筑后的早期凝结硬化过程中由于水化热的作用，温度急剧升高。在浇筑后的第二天达到最高温度54.7℃，之后温度缓慢降低。且由于混凝土试件有保温措施，所以其中心、顶部、底部、侧部四个部位的温差不大。该混凝土试件的温升表现基本可以模拟该配合比在凝结硬化过程中混凝土芯部的温度演变规律。

4.3试验意义

模拟试验通过制作 1×1×1m 的混凝土试件，采用泡沫板与塑料布包裹隔绝外界温度，预埋多个温度传感器并利用具备自动记录功能的设备每隔 10 分钟记录一次温度，持续监测 7天。试验结果精准反映了该配合比混凝土在凝结硬化过程中的温度演变规律，最高温度出现在浇筑后第二天的 54.7℃，且各部位温差不大。这为实际工程中大体积混凝土内部温度变化提供了直观参考，施工人员可依据此规律提前预判温度应力风险，调整施工与养护策略。

5 施工应用的实际指导结论

5.1前期准备阶段

原材料筹备时，务必根据当地气候条件规划仓储设施。如搭建足够面积的遮阳棚用于骨料与水泥存放，配备可靠的喷淋与温控设备，确保原材料入厂温度符合要求。对于拌合水，应提前计算制冷需求，合理配置制冰机数量与功率，保证水温可控。

依据设计强度与工程特点，反复优化混凝土配合比。借助实验室模拟不同配合比在高温环境下的水化热生成情况，选取既能满足强度又能最大程度降低水化热的配合方案，确定合理的水胶比与水泥用量。

5.2施工过程阶段

浇筑作业严格遵循选定的时间窗口，高温季节坚决避开白天时段，优先夜间施工。浇筑过程中，实时监测气温、原材料温度以及混凝土入模温度，确保各项温度指标稳定在设计范围内。

振捣操作要规范、均匀，避免过振或漏振，防止因振捣不当引发混凝土内部结构不均，间接影响温度应力分布。

5.3养护阶段

落实带模养护与覆盖保湿措施，选用质量合格的塑料薄膜与土工布，确保覆盖严密。洒水养护时，精准控制水温与洒水频率，依据环境温度变化灵活调整，保证混凝土在养护期内湿度稳定。

持续监测混凝土内部与表面温度，对比模拟试验结果，一旦发现温差异常，及时采取额外保温或散热措施，如增加覆盖层厚度或设置通风设施。

综上所述，在沙漠高温地区进行大体积混凝土施工，需全方位把控从原材料准备到养护结束的各个环节，以科学的温度、湿度控制措施结合精准的模拟试验数据指导施工，才能有效预防裂缝产生，保障工程质量，为类似沙漠环境下的基础设施建设提供坚实的技术支撑。

参考文献

[1] 段铮，马朝雷，王莉莉 《现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治》2003，

[2] 牟泽洪，郭彦青，孙铭 《尼日尔沙漠地区针对济柴发电机大体积混凝土基础施工论述》2024

[3] 颜家露，雷昌聚，王玉梅 《浅谈温度对混凝土性能的影响及温度控制》2002

[4] 丁吉 《拱座大体积混凝土施工温控技术研究》 2019