大體積混凝土夏季施工溫控及防裂措施

□李 恒□胡學(xué)中□崔淑君

（1中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司；2河南方正水利工程咨詢有限公司）

大體積混凝土夏季施工溫控及防裂措施

□李 恒1□胡學(xué)中1□崔淑君2

（1中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司；2河南方正水利工程咨詢有限公司）

文章結(jié)合南水北調(diào)焦作1-Ⅱ標(biāo)普濟(jì)河倒虹吸工程施工過(guò)程，分析了大體積混凝土夏季施工產(chǎn)生裂縫的主要原因，夏季混凝土施工特性，采取一系列溫控和防裂措施，保證了夏季大體積混凝土混凝土澆筑質(zhì)量，并防止結(jié)構(gòu)混凝土有害裂縫的出現(xiàn)。工程建成后通過(guò)5 a多的運(yùn)行檢驗(yàn)，至今未見(jiàn)裂縫，表明溫控效果較好。

倒虹吸工程；高溫；大體積混凝土；裂縫；溫控措施

1 前言

1.1 倒虹吸工程簡(jiǎn)介

普濟(jì)河倒虹吸工程位于河南省焦作市中站區(qū)，是南水北調(diào)中線工程總干渠穿越普濟(jì)河的河渠交叉建筑物。倒虹吸總長(zhǎng)333 m，包括進(jìn)、出口斜管段和水平段三部分，管身橫向分為4孔兩聯(lián)，一聯(lián)由2孔箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成，左右對(duì)稱布置，單孔過(guò)水?dāng)嗝?.50 m×6.75 m（寬×高），底（頂）板厚1.40 m，墻厚1.20 m，混凝土標(biāo)號(hào)C30。

根據(jù)《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496-2009，混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小幾何尺寸≥1 m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土為大體積混凝土，工程混凝土即為大體積混凝土。

1.2 工程氣象

工程地處焦作市主城區(qū)段，6、7、8三個(gè)月多年平均氣溫均高于26℃，多年極端最高氣溫為39～43.30℃。白天在太陽(yáng)照射下，混凝土表面溫度預(yù)計(jì)可達(dá)到50～60℃。

2 倒虹吸裂縫產(chǎn)生原因

2.1 倒虹吸底板裂縫產(chǎn)生原因

水泥水化熱引起的內(nèi)部溫度與表面溫度差過(guò)大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力；內(nèi)外約束條件的影響；外界氣溫變化的影響；混凝土的收縮變形。

2.2 倒虹吸墻體裂縫產(chǎn)生原因

溫度產(chǎn)生應(yīng)力的作用；混凝土自身體積變形和干縮變形作用產(chǎn)生的應(yīng)力的作用；底板混凝土的約束。

3 夏季混凝土施工特性

3.1 夏季混凝土施工特點(diǎn)

夏季氣溫高，水泥水化快，初凝時(shí)間短，混凝土運(yùn)輸中易早凝；混凝土澆筑覆蓋時(shí)間要求較短，否則易產(chǎn)生冷縫；大體積結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫升高，內(nèi)外溫差及與基礎(chǔ)穩(wěn)定溫差大，易因表面拉應(yīng)力和基礎(chǔ)約束拉應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫，破壞結(jié)構(gòu)的整體性，降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗?jié)B性、抗凍性和耐久性，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害極大。

3.2 夏季混凝土施工溫控重要性

混凝土裂縫一般可分為貫穿、深層、表面3類，倒虹吸屬于箱涵結(jié)構(gòu)，如因溫差梯度過(guò)大，造成貫穿裂縫，危及結(jié)構(gòu)整體性和穩(wěn)定性，如裂縫與迎水面相貫通會(huì)造成漏水，混凝土內(nèi)部存在滲水通道，會(huì)對(duì)鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此，做好夏季混凝土施工溫控工作是保證工程質(zhì)量和工程安全的關(guān)鍵。

4 夏季混凝土防裂措施

4.1 主要技術(shù)措施

4.1.1 選擇水泥品種

混凝土溫升的的熱源主要是水泥水化熱，選擇低熱或中熱水泥品種，是控制混凝土溫升最根本的方法，施工中混凝土選擇采用低水化熱P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥表面積比≤350 m2/kg,水泥熟料中C3A含量≤8%。

4.1.2 調(diào)整混合砂比例

混凝土用沙細(xì)度模數(shù)M應(yīng)在2.60～3之間，機(jī)制沙M細(xì)度 =3.60；河沙M細(xì)度=1.20，按機(jī)制沙：河沙=2.30:1比例調(diào)整混合砂比例。

4.1.3 增加粉煤灰用量

減少水泥用量摻用粉煤灰可顯著減少水泥用量。粉煤灰采用Ⅱ級(jí)，粉煤灰摻用比例為 20%，即每方混凝土用粉煤灰78 kg。根據(jù)商品混凝土強(qiáng)度及和易性的要求確定配合比，嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，降低混凝土入倉(cāng)溫度。

4.2 采取降溫防裂具體方式

在高溫季節(jié)，混凝土入倉(cāng)溫度應(yīng)≤26℃，但混凝土在自然條件下的出機(jī)口溫度往往超過(guò)施工所要求的限度，此時(shí)須采取人工降溫措施，使用預(yù)冷卻材料拌制混凝土，從而降低混凝土的出機(jī)口溫度。以倒虹吸管身段混凝土配合比為例，各種材料冷卻1℃對(duì)混凝土降溫效果(見(jiàn)表1)。

表1 冷卻各種材料對(duì)混凝土的降溫效果表

由表2可知，冷卻粗骨料產(chǎn)生的效果最顯著；在拌和機(jī)中加冰，也可得到較明顯的降溫效果。根據(jù)在本堆料場(chǎng)上的實(shí)測(cè)資料，距料堆表面1.50 m以下的料溫變化很小。

風(fēng)冷骨料時(shí)間：冷透程度在70%～80%時(shí)大石需要45-50 min；中石需要40-45 min；小石需要35-40 min；為計(jì)算方便確定骨料（四種骨料）冷卻時(shí)間為1h進(jìn)行計(jì)算，骨料風(fēng)冷后，溫度可降低5～6℃?；炷恋某鰴C(jī)口溫度，可根據(jù)熱平衡原理按下式計(jì)算：

T0=(∑TiGiCi-335ηGC＋Q)／∑GiCi （1）

計(jì)算時(shí)取7月份的多年平均溫度為計(jì)算值。通過(guò)制冷計(jì)算，7月份自然出機(jī)口溫度28.90℃，須采取制冷措施方滿足要求。采取骨料風(fēng)冷等溫控措施后出機(jī)口的溫度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)施溫控措施后出機(jī)口溫度計(jì)算表

通過(guò)溫控措施實(shí)施前后出機(jī)口溫度對(duì)比，采取的措施滿足混凝土高溫季節(jié)澆筑要求。

4.3 綜合溫控措施

4.3.1 優(yōu)化混凝土配合比

混凝土采用雙摻法，即摻粉煤灰和減水劑。選擇表面積小的P.O42.5水泥，減少水泥用量，減少水泥水化導(dǎo)致的內(nèi)部溫升，減低混凝土內(nèi)外溫差，是溫控的主要手段。

4.3.2 拌和站

對(duì)拌和站采取遮陽(yáng)措施避免高溫陽(yáng)光直射，防止原材料水分蒸發(fā)和骨料升溫。原材料在進(jìn)入攪拌機(jī)之前，在皮帶輸送機(jī)輸送的過(guò)程中，在皮帶機(jī)上搭置鐵皮棚遮陽(yáng)，以避免骨料在輸送過(guò)程中，骨料表面溫度升高。

4.3.3 混凝土運(yùn)輸溫控措施

第一，在高溫時(shí)段對(duì)拌和樓出口采取噴霧或沖水等措施來(lái)降低出機(jī)口周圍環(huán)境溫度，對(duì)回程的待料車噴霧或沖洗降溫，防止混凝土運(yùn)輸車輛在拌和樓待料時(shí)溫升過(guò)高；第二，混凝土運(yùn)輸時(shí)，根據(jù)拌和樓的生產(chǎn)能力，以及倉(cāng)面大小，合理安排汽車數(shù)量，多裝快跑，縮短運(yùn)輸歷時(shí)，并控制每車運(yùn)輸混凝土≥3 m3；第三，所有混凝土運(yùn)輸車輛必須安裝遮陽(yáng)棚，運(yùn)輸車輛裝上混凝土后，由專人拉上遮陽(yáng)棚?；虿捎帽乇话⒂美渌軡?，保證攪拌運(yùn)輸車的溫度穩(wěn)定。

4.3.4 倉(cāng)面溫控措施

4.3.4.1 倉(cāng)面形成低溫施工人造“小氣候”

高溫季節(jié)，因天氣炎熱，倉(cāng)面溫度過(guò)高，會(huì)引起混凝土入倉(cāng)后失水較快，造成塌落度損失，影響混凝土工作度。同時(shí)，倉(cāng)面周邊環(huán)境較熱，將造成入倉(cāng)混凝土溫度回升較快。為保證混凝土在較低的溫度下施工，混凝土澆筑過(guò)程中，根據(jù)倉(cāng)號(hào)大小，配置3～4臺(tái)噴霧機(jī)，對(duì)倉(cāng)面全覆蓋，在作業(yè)面形成濕潤(rùn)、低溫的小氣候，使混凝土倉(cāng)面氣溫保持在26℃以下，防止混凝土入倉(cāng)后，溫度回升和混凝土產(chǎn)生失水。

4.3.4.2 倉(cāng)面養(yǎng)護(hù)

倒虹吸箱涵底板和頂板混凝土施工完畢，且達(dá)到初凝后，立即對(duì)混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。為使混凝土表面全天候保持濕潤(rùn)狀態(tài)，混凝土表面覆蓋一層土工布，土工布互相搭接50 cm以上，便于保水，防止高溫水份蒸發(fā)，3～4臺(tái)噴霧機(jī)全覆蓋，自動(dòng)灑水，防止混凝土表面干燥，產(chǎn)生表面龜裂。在側(cè)墻混凝土內(nèi)、外側(cè)，混凝土澆筑1 d后，松動(dòng)模板拉桿，從混凝土頂面灑水進(jìn)入模板和混凝土間的縫隙進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后拆模，拆模后立即在外露面覆蓋土工布，并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。為使養(yǎng)護(hù)水與混凝土表面溫差≤22℃，養(yǎng)護(hù)水采用溫度較高的地表水，嚴(yán)禁采用地下水。同時(shí)為使混凝土保溫保濕，在養(yǎng)護(hù)期間，安排專人負(fù)責(zé)，確?；炷帘砻嬉恢碧幱跐駶?rùn)狀態(tài)，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間控制在14d以上。

4.3.4.3 避開(kāi)高溫時(shí)段澆筑

夏季上午10∶00-下午5∶00為高溫時(shí)段，混凝土澆筑時(shí)段安排下午18∶00以后開(kāi)倉(cāng)，并加大混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度，控制在次日上午10∶00之前收倉(cāng)。

5 混凝土溫控監(jiān)測(cè)

一是倉(cāng)面溫度監(jiān)測(cè)。通過(guò)試驗(yàn)室的試驗(yàn)員檢測(cè)，監(jiān)理旁站，并認(rèn)真記錄拌和及制冷系統(tǒng)溫度、倉(cāng)面溫度。二是混凝土成品溫度監(jiān)測(cè)?；炷脸善窚囟缺O(jiān)測(cè)用圓盤式溫度計(jì)，分別測(cè)定混凝土成品內(nèi)外溫度。將感應(yīng)棒貼在模板外側(cè)，土工布內(nèi)側(cè)，測(cè)定混凝土表面溫度?；炷翝仓霸谀０孱A(yù)留測(cè)溫孔測(cè)定混凝土內(nèi)部溫度?；炷翝仓瓿珊?，每2 h測(cè)定一次混凝土內(nèi)外溫度，計(jì)算混凝土內(nèi)外溫差。

6 結(jié)語(yǔ)

工程大體積混凝土澆筑時(shí)段均發(fā)生在當(dāng)?shù)貧鉁刈罡邥r(shí)段，通過(guò)在施工中采取溫控措施，采取倉(cāng)內(nèi)人造“小氣候”、“二次”法施工工藝等，抑制住混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，避免發(fā)生溫度裂縫，達(dá)到控制有害裂縫的目標(biāo)。

（責(zé)任編輯：劉長(zhǎng)垠 韋詩(shī)佳）

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2016-09-17