0 引言

　　国家速滑馆工程建筑面积约97 000m²，主场馆外廓线投影大致呈椭圆形，南北长约240m、东西宽约174m，地下2层，地上3层，建筑高度为33.800m，建成后可实现速度滑冰、短道速滑、大道速滑、花样滑冰、冰球等所有冰上运动的全覆盖^[1]。

　　该工程具有较高的建造要求和复杂的功能需求，在建设中采用了3种特种混凝土。

　　1)抗冻混凝土在低温环境下，冻融破坏会造成混凝土开裂、剥落，是影响混凝土耐久性的主要因素^[2]。在混凝土中掺入适量钢纤维，可提高混凝土的抗裂能力，达到改善冻融性能的效果^[3]。因此，在速滑馆冰下地面建造过程中使用了特种CF50P8F250钢纤维抗冻混凝土。

　　2)补偿收缩混凝土用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是减少混凝土结构开裂的重要措施之一^[4,5]，本工程空间尺度大，易产生开裂问题，因此大量采用补偿收缩混凝土。

　　3)自密实混凝土本工程部分设计为大截面复杂异形劲性结构，混凝土浇筑较困难，设计时采用了自密实混凝土。自密实混凝土由于组分更加复杂，其力学性能有别于普通混凝土^[6]，因此施工工艺也在原有技术的基础上做了改进。

　　综上所述，为保证混凝土施工质量、按期完成施工进度、节约劳动成本、提高经济效益，针对该工程进行特种混凝土综合技术研究。

　　1 特种混凝土配制技术研究

　　1.1 抗冻混凝土

　　1.1.1 配合比设计

　　国家速滑馆的比赛场地设计中采用了强度等级为C50P8F250及CF50P8F250(钢纤维)2种混凝土，均要求具有0.015%～0.025%限制膨胀率，其中后浇带要求使用更高一级的混凝土，即限制膨胀率为0.025%～0.045%的同一类型混凝土。

　　通过配合比计算及反复试验测试，确定了本工程抗冻混凝土及抗冻钢纤维混凝土的配合比，如表1所示。

　　表1 抗冻混凝土配合比  

　　kg·m^-3

　　表1 抗冻混凝土配合比

　　1.1.2 标准养护试块试验结果

　　抗冻混凝土60d标准养护试块抗冻性能统计结果如图1所示，抗冻混凝土60d标准养护试块立方体抗压强度统计结果如图2所示。该配合比所配的混凝土的抗冻性能和强度等指标满足设计要求，可正常投入生产。

　　图1 60d标准养护试块抗冻性能   

　　图2 60d标准养护试块立方体抗压强度  

　　1.2 补偿收缩混凝土

　　国家速滑馆混凝土结构除预制看台板、框架柱、非挡土墙外，其他混凝土结构全部采用补偿收缩的预拌混凝土，其中一般结构部位采用具有0.015%～0.025%限制膨胀率的混凝土，所有后浇带的混凝土均要求具有0.025%～0.045%限制膨胀率。同时，配制补偿收缩混凝土的膨胀剂为Ⅱ型膨胀剂，性能应符合GB/T 23439—2017《混凝土膨胀剂》^[7]的相关要求。

　　1.3 自密实混凝土

　　本工程劲性结构主要为支撑钢屋盖的48根劲性斜方柱、支撑幕墙拉索的32根椭圆形劲性柱及超限劲性梁。梁、柱截面较大，钢筋直径较大且密集，造成施工难度较大，混凝土施工质量难以有效保证。鉴于此，设计要求劲性柱与梁采用C60自密实混凝土，坍落度为230～250mm，扩展度为550～650mm，混凝土要有良好的流动性、体积稳定性和填充性，1h坍落度损失<20%，混凝土不得有离析、泌水现象。

　　本工程严格控制粗细骨料的级配、粒径、粒形、强度、含泥量、杂质等指标，特别是骨料中的泥块含量，含泥量不仅影响混凝土强度，还使混凝土的自身收缩增强，易产生裂缝。粗骨料的空隙率小不仅可节约水泥，减小混凝土的自身收缩及混凝土的水化热，还可提高混凝土的流动性。对进场的原材料要严格按规范检验批次进行检验，不合格的材料严禁进场。

　　2 特种混凝土施工技术

　　2.1 抗冻混凝土

　　2.1.1 养护措施

　　本工程抗冻混凝土全部采用如图3所示蓄水养护，待混凝土浇筑完成8～10h进行洒水养护，并用1层塑料布暂时性覆盖，以塑料布内侧有凝结水为准，同时立即安排专人沿比赛场地后浇带通长砌筑约110mm高灰砂砖的挡水导墙，并在内侧抹灰，阴角部位抹小八字。砌筑完成的第2天拿走塑料布并立即进行蓄水，蓄水深度为50～80mm。因为蒸发量较大，需每天派专人进行检查，包括蓄水深度、挡水导墙有无漏水，如蓄水深度低于最低控制面，要及时注水提高水位。蓄水养护时间≥21d。

　　图3 蓄水养护   

　　2.1.2 抗冻与钢纤维混凝土浇筑工艺

　　国家速滑馆比赛场地分为若干个独立的制冰单元，使用时可根据实际情况对各制冰单元进行开启。同时，制冰单元的边缘混凝土受到的内应力较大，并且随温度变化反复承受较大拉应力，因此在每个制冰单元间左、右各2m区域用钢纤维增韧补偿收缩混凝土，如图4所示。该混凝土要求具有较高的强度等级、抗渗等级、补偿收缩和抗冻等级，并应符合JG/T 472—2015《钢纤维混凝土》^[8]的要求，其限制膨胀率≥0.015%，钢纤维抗拉强度≥1 000MPa，掺量≥30kg/m³。

　　图4 补偿收缩混凝土分界  

　　钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入各向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。各向分布的钢纤维能有效阻止混凝土内部微裂缝扩展及宏观裂缝形成，显著改善混凝土抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。

　　本工程中钢纤维混凝土的钢纤维体质量比例为0.1%，相比于普通混凝土，其抗拉强度提高40%～80%，抗弯强度提高60%～120%，抗剪强度提高50%～100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0～25%，但抗压韧性却大幅度提高。

　　比赛场地区域最大的流水段面积约为2 700m²，混凝土浇筑量达到1 100m³。抗冻混凝土及钢纤维抗冻混凝土间未做后浇带分隔，也未单独设置任何混凝土分隔缝，为保证施工质量，这2种混凝土必须同时浇筑。

　　在施工抗冻混凝土及钢纤维抗冻混凝土时，以各相邻后浇带作为流水段划分界限。然后根据图4所示在比赛场地防水保护层上弹出2种混凝土的分界线，并做出明显标志。在底板钢筋绑扎完成后，分界线位置的钢筋网片绑扎竖向细目铅丝网，以作为2种混凝土的分界线。混凝土浇筑时至少安排2个浇筑小组，各负责1种混凝土浇筑，浇筑顺序为从该区域的短边开始，沿长边推进，如图5所示，这样可在混凝土初凝前进行接缝处混凝土浇筑，有效避免冷缝。

　　2.2 补偿收缩混凝土

　　补偿收缩混凝土需提前规划好浇筑顺序，本次浇筑顺序为先浇筑高强度等级，后浇筑低强度等级;先浇筑低跨，后浇筑高跨;先浇筑远端，后浇筑近端;在同一区域浇筑混凝土时，先浇筑竖向结构，后浇筑水平结构;当不允许留设施工缝时，区域之间、上下层之间的混凝土浇筑间歇不得超过混凝土的初凝时间。

　　图5 比赛场地流水段板块混凝土浇筑顺序  

　　为保证补偿收缩混凝土的连续浇筑，避免混凝土产生冷缝，如在混凝土泵车臂长范围内，应尽量采用泵车浇筑，泵送速度较快(50～60m³/h);如距离较远，则应采用地泵浇筑。除单个较小的框架柱可采用塔式起重机吊运混凝土进行浇筑外，其他部位的混凝土一律采用泵车或地泵通过泵管进行浇筑。采用多台地泵同时进行浇筑，浇筑速度为25～35m³/h，速度较慢，大批量浇筑时应制订详细的浇筑方案，并准备备用地泵。

　　当浇筑距离较远且浇筑量较大时，须对商品混凝土供应能力、混凝土罐车行走路线、施工场区内道路工况等进行统一部署和安排。商品混凝土厂家距离场地不宜太远，应选择在0.5h路程以内;混凝土罐车行走路线应进行提前规划，尽量避免通过长期拥堵路段，准备备选路线以应对突发路况。

　　2.3 自密实混凝土

　　2.3.1 拌合控制

　　混凝土搅拌站要严格按配合比进行生产，生产前对搅拌楼的计量设备进行检定，确保原材料计量准确。高强度高流动性混凝土要求有足够的搅拌时间，控制在3min，确保搅拌均匀。气温变化及砂石含水率变化时，应及时调整施工配合比，确保入泵混凝土坍落度稳定，并严格控制单方混凝土的用水量。天气炎热时，采取相应措施降低混凝土的入模温度。搅拌站及现场应加强对混凝土的抽检力度，严禁使用不合格混凝土。搅拌车在装车前应排除罐体内的洗车水，在运输过程中要保持旋转状态，卸料前高速旋转1min，保证混凝土拌合均匀，并保持泵送连续性。运输过程中，严禁向车内混凝土加水，混凝土运输时间应符合规定，必须在1h内卸料完毕。

　　2.3.2 浇筑工艺

　　本工程自密实混凝土扩展度为550～650mm，但部分劲性梁柱节点部位钢筋较密(见图6)，劲性钢骨较大，混凝土流动性受限，无法保证混凝土充分流动至每个部位。因此，混凝土浇筑须从多个浇筑点进行，浇筑点间距不得大于自密实混凝土的扩展度，即550mm。浇筑时采用混凝土振捣棒辅助振捣，在劲性梁混凝土浇筑时必须从钢梁的两侧同时浇筑，先保证混凝土沿梁全长逐层浇筑到钢梁底部，然后再浇筑钢梁两侧混凝土，两侧混凝土面高差≤300mm，在钢梁两侧交叉进行混凝土浇筑。

　　图6 劲性梁柱钢骨节点  

　　劲性柱混凝土也须从劲性柱钢骨的4个方向同时浇筑，各方向混凝土高差≤300mm。浇筑时须有专人用标尺控制混凝土浇筑面高度，采用加长振捣棒辅助混凝土充分流动。异形截面钢骨柱浇筑混凝土时因中间钢骨腹板较宽，需有专人在柱模板外随时用橡皮锤进行敲击，通过回声判断混凝土是否流动到位，是否在柱内形成空腔，连续敲击空腔部位模板以加速混凝土流动，或用加长振捣棒促进混凝土流动。

　　劲性梁柱节点核心区混凝土强度等级相差不大于两级时(以混凝土强度5.0N/mm²为一级)，核心区混凝土可随梁板混凝土一起浇筑;混凝土强度等级相差大于两级时，应在交界区域采取分隔措施。分隔位置设置在低强度等级构件中，且与高强度等级构件边缘的距离≥500mm，做法如图7所示。本工程劲性柱混凝土强度等级为C60，劲性梁混凝土强度等级为C35，施工时先浇筑高强度等级混凝土，在节点混凝土初凝前及时浇筑低强度等级混凝土，并加强混凝土的振捣和养护。

　　图7 劲性梁柱节点混凝土分隔处理  

　　3 结语

　　本文详细介绍了国家速滑馆工程抗冻混凝土、补偿收缩混凝土及自密实混凝土的配制技术，经试验验证，其性能满足设计要求。本工程使用的特种混凝土施工技术为其他类似工程提供了重要的参考依据。经过本文的研究，得到以下结论。

　　1)抗冻混凝土为避免表面出现裂纹，需进行不少于21d的蓄水养护。

　　2)在抗冻混凝土和钢纤维混凝土浇筑时应合理安排施工步骤，明确2种混凝土的分界线。

　　3)为保证补偿收缩混凝土的浇筑质量，需规划浇筑顺序，控制初凝时间，加快浇筑速度，并为浇筑过程提供备选方案。

　　4)自密实高强混凝土要严格控制搅拌过程，浇筑部位钢筋较密时，采用多个部位同时浇筑的方法。