李文芳　朱莉華

(湖北省漢江河道管理局， 湖北 潛江　433100)

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淺談大體積混凝土施工的質(zhì)量控制
——以南水北調(diào)興隆水利樞紐工程為例

李文芳朱莉華

(湖北省漢江河道管理局， 湖北 潛江433100)

【摘要】大體積混凝土的施工技術(shù)要求比較高，特別要防止混凝土因水泥水化熱引起的溫度差產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫。因此需要從材料選擇、技術(shù)措施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分的準(zhǔn)備工作，以保證大體積混凝土的施工質(zhì)量。本文通過工程實(shí)例，探討了大體積混凝土施工質(zhì)量控制需要注意的問題,對大體積混凝土的施工質(zhì)量控制與監(jiān)督具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】大體積混凝土 ；材料工程； 溫度應(yīng)力； 裂縫

1前言

在工程實(shí)踐中，常遇到大體積混凝土(mass concrete)結(jié)構(gòu)，如水電站樞紐底板澆筑、橋梁墩臺、高層建筑底板、大型設(shè)備基礎(chǔ)等。由于大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)體積大、承受荷載 大、水泥水化熱大、內(nèi)部受力相對復(fù)雜等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在施工上，結(jié)構(gòu)整體性要求高，一般要求整體澆筑，不留施工縫。這些特點(diǎn)的存在，導(dǎo)致大體積混凝土施工中出現(xiàn)其特有的質(zhì)量通病。本文以湖北省南水北調(diào)興隆水利樞紐工程建設(shè)期間混凝土施工為例，闡述大體積混凝土施工質(zhì)量控制應(yīng)該把握的幾個(gè)問題。

2大體積混凝土的定義

對于大體積混凝土的定義有不同的解釋。日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)定義為：“結(jié)構(gòu)斷面尺寸在800mm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土?！泵绹炷翆W(xué)會(ACI)規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂”。目前，國內(nèi)對大體積混凝土的定義通常約定為一次澆筑量大于1000m3或混凝土最小斷面尺寸大于1m以上的混凝土結(jié)構(gòu)。

3興隆樞紐工程大體積混凝土施工質(zhì)量問題分析

3.1興隆樞紐工程基本情況

南水北調(diào)興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江、天門市境內(nèi)，上距丹江口大壩378.3km,下距河口273.7km，是南水北調(diào)中線漢江中下游四項(xiàng)治理工程之一，同時(shí)也是漢江中下游水資源綜合開發(fā)利用的一項(xiàng)重要工程。其主要開發(fā)任務(wù)是灌溉和航運(yùn)，兼顧發(fā)電。興隆水利樞紐由泄水閘、船閘、電站廠房、魚道及兩岸灘地過流段等組成。水庫正常蓄水位36.20m，相應(yīng)庫容2.73億m3，電站裝機(jī)40MW，過船噸位1000t，規(guī)劃灌溉面積327.6萬畝。工程總投資30.5億元。該工程于2009年2月26日正式動工，2013年3月水庫下閘蓄水；4月船閘完成通航驗(yàn)收，恢復(fù)正常通航；5月第一臺機(jī)組發(fā)電，12月全面完工。

3.2建設(shè)期間興隆樞紐大體積混凝土施工出現(xiàn)的問題

泄水閘、船閘和電站是興隆樞紐的主體工程。在三大主體工程基礎(chǔ)處理的過程中，時(shí)值夏季，天氣炎熱，室外溫度均超過30℃，澆筑后的底板混凝土?xí)r常出現(xiàn)裂縫問題，整改難度很大，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。為此，在夏季施工如何控制底板大體積混凝土澆筑質(zhì)量，成為困擾業(yè)主、監(jiān)理和施工單位的主要問題。

從混凝土的本質(zhì)結(jié)構(gòu)來講，大體積混凝土施工過程中,由于混凝土中水泥的水化作用，使混凝土內(nèi)部溫度快速升高,而大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能,因此其內(nèi)部溫升幅度較其表層的溫升幅度要大得多；但在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中,內(nèi)部降溫速度又比其表面慢得多,這就使得混凝土各部分的溫度變化不一致而容易產(chǎn)生溫度變形。當(dāng)溫差一 般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱時(shí)，裂縫只在接近混凝土表面的范圍內(nèi)發(fā)生，混凝土表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整，這時(shí)混凝土就可能產(chǎn)生表面裂縫；當(dāng)混凝土表層產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會在約束接觸處產(chǎn)生裂縫，甚至?xí)灤┱麄€(gè)混凝土表面產(chǎn)生貫穿性裂縫。

結(jié)合當(dāng)時(shí)興隆樞紐工程混凝土施工現(xiàn)場調(diào)查和施工日志分析，從混凝土原材料選取及施工工藝與技術(shù)措施層面來看，大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因可以概括為以下四個(gè)方面：

a.砂石骨料進(jìn)場沒有嚴(yán)格按照大石、中石、小石、砂分倉堆放；骨料堆放區(qū)遮蓋不理想、部分場地未硬化，對骨料運(yùn)輸車輛管理不善等，致使骨料受到灰塵、泥水污染；部分骨料清洗不到位，含泥量較大，不符合規(guī)定要求。

b.施工單位沒有嚴(yán)格按照規(guī)定的種類及標(biāo)號采購水泥，有的是在經(jīng)過配合比試驗(yàn)后，沒有嚴(yán)格執(zhí)行比例進(jìn)行配比。

c.溫控措施不力。大多數(shù)施工單位只考慮到了混凝土的出倉溫度，卻沒有照顧到運(yùn)輸過程及入模后的溫度控制。

d.養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施不到位。施工單位一般都采用混凝土的自然養(yǎng)護(hù)方法，即帶模包裹、澆水、噴淋灑水等措施進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù)，但對拆模后的養(yǎng)護(hù)工作大為疏忽，保濕養(yǎng)護(hù)沒有達(dá)到規(guī)定的齡期。

4大體積混凝土施工質(zhì)量控制

由于上述四個(gè)因素的存在，興隆樞紐主體工程底板混凝土澆筑初期，部分混凝土出現(xiàn)了干燥收縮裂縫、溫度裂縫和施工冷縫，并由此經(jīng)歷了必然的停工、修復(fù)、檢測階段，延誤了 一定的工期。為有效解決混凝土裂縫問題，興隆樞紐工程建設(shè)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位組成聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)小組，對大體積混凝土施工質(zhì)量控制進(jìn)行研究和探討。主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行把握。

4.1嚴(yán)把原材料控制關(guān)

a.粗骨料選擇非堿活性骨料，粒徑為5～30mm，并連續(xù)配級，含泥量不大于1%；細(xì)骨料選擇中砂，細(xì)度模數(shù)大于2.3，含泥量不大于3%。

b.骨料堆放場要求硬化場地，并建遮陽棚，在遮陽棚下分倉儲存，并防止產(chǎn)生灰塵、雜物及泥水污染。

c.水泥的水化熱主要由水泥中含有的C3S、C3A與水反應(yīng)產(chǎn)生，并受水灰比、水泥細(xì)度，養(yǎng)護(hù)溫度的影響。因此，水泥宜選用中、低硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，進(jìn)場時(shí)要對其水化熱進(jìn)行復(fù)檢，7d值要求小于270kJ/kg。

d.由于混凝土的澆筑方式為泵送，為了改善混凝土的和易性便于泵送，考慮摻加適量的粉煤灰。其粉煤灰取代水泥的最大限量為25%。采用外摻法，即不減少配合比中的水泥用量。按配合比要求計(jì)算出每立方米混凝土所摻加粉煤灰量。

4.2混凝土配合比控制

a.要求混凝土攪拌站根據(jù)現(xiàn)場提出的技術(shù)要求，提前做好混凝土試配。

b.混凝土配合比應(yīng)按照國家現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.3溫度控制

a.骨料溫度控制。粗骨料進(jìn)攪拌站前1小時(shí)，對其進(jìn)行地下水沖洗降溫。同時(shí)，抽取地下水噴淋混凝土攪拌機(jī)、料斗、水泥存儲倉、混凝土罐車等。

b.拌和溫度控制。要求拌和站購置制冰機(jī)和冷水機(jī)組，將制成的冰片或冰屑直接加入拌和樓進(jìn)行拌和，并輸入冷卻水，控制混凝土出機(jī)口溫度，4、5月份控制在20℃以內(nèi)，6、9月份控制在25℃以內(nèi)，7、8月份控制在26℃以內(nèi)。根據(jù)美國ACI305R標(biāo)準(zhǔn)，混凝土溫度每降低1℃需將水泥溫度降低8℃或降低水溫4℃或降低骨料溫度2℃。

混凝土出倉溫度可由下式計(jì)算:

T=0.1Tc+0.6Ta+0.3Tw

式中T——混凝土溫度；

Tc——水泥溫度；

Ta——骨料溫度；

Tw——水溫度。

c.運(yùn)輸過程溫度控制。對混凝土罐車進(jìn)行包裹，在滾筒上安裝噴淋頭，噴淋冷卻水，對運(yùn)輸過程中的混凝土進(jìn)行降溫。

d.施工過程溫度控制。合理安排混凝土澆筑時(shí)間和施工順序，利用早晚澆，正午不澆，避免高溫作業(yè)產(chǎn)生過大熱量；采用分層分段澆筑，避免混凝土堆積過高，產(chǎn)生過高的水化熱。

e.加速混凝土散熱。在基礎(chǔ)內(nèi)部埋設(shè)蛇形水管，形成降溫管網(wǎng)，在混凝土澆筑后,根據(jù)實(shí)測溫度數(shù)據(jù)，2～3h內(nèi)通冷卻水降溫，以削減混凝土溫升峰值及內(nèi)外溫差，使其內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的穩(wěn)定溫度。確認(rèn)無需再通水冷卻時(shí)，將其封堵。

f.做好溫度監(jiān)測。要配備專職測溫人員，按兩班考慮。測溫記錄要填寫清楚、整潔，換班時(shí)要進(jìn)行交底。測溫工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，測溫時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部最高溫度與外部溫度之差達(dá)到25℃度或溫度異常，應(yīng)及時(shí)通知技術(shù)部門和項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人，以便及時(shí)采取措施。

4.4養(yǎng)護(hù)管理

混凝土澆筑后如不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，易產(chǎn)生塑性收縮和早期干縮裂縫，特別是強(qiáng)度等級高的混凝土和高溫、干燥氣候條件下澆筑的平板結(jié)構(gòu)混凝土，如不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，極易出現(xiàn)早期收縮裂縫。在烈日暴曬和大風(fēng)天氣，混凝土澆筑后如不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，有時(shí)混凝土表面較快硬結(jié)，形成一層皮，硬皮上的裂縫已經(jīng)抹壓不動，而下部混凝土還未達(dá)到初凝。防止新澆混凝土初凝前的塑性收縮裂縫，關(guān)鍵在于控制混凝土的表面蒸發(fā)水分的速度。因此，在高溫環(huán)境施工時(shí)，抹面后立即覆蓋養(yǎng)護(hù)。

混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間視當(dāng)?shù)貧夂驐l件及水泥品種而定,一般養(yǎng)護(hù)從混凝土澆筑完畢6～18h開始,并持續(xù)21～28d。多采用灑水進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù),還有塑膜包裹養(yǎng)護(hù)方法,使混凝土表面保持濕潤,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)目的。

結(jié)合興隆樞紐工程的施工特點(diǎn)，采用以下方法對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：

a.若天氣適宜，采用常規(guī)灑水養(yǎng)護(hù)的方法，即派專人負(fù)責(zé)，及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

b.若在工程環(huán)境炎熱、氣候干燥的條件下,需在混凝土脫模后便開始養(yǎng)護(hù)工作，且用土工布遮蓋加灑水養(yǎng)護(hù)與無遮蓋灑水養(yǎng)護(hù)要同時(shí)進(jìn)行,養(yǎng)護(hù)時(shí)間21～28d，澆水次數(shù)根據(jù)氣候情況和覆蓋物的保濕能力決定,以保證混凝土足夠的濕潤,固定專人養(yǎng)護(hù)。在無風(fēng)或風(fēng)小的情況下可采用塑料膜覆蓋養(yǎng)護(hù)方法,以不透水汽的塑料膜來保持混凝土中的水,滿足混凝土強(qiáng)度增長的需求。在夏季或干燥氣候情況下提前養(yǎng)護(hù)，并延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間；大體積混凝土的水平施工縫養(yǎng)護(hù)到澆筑上層混凝土為止。

c.特殊部位，如進(jìn)出口流道處等，在混凝土收面后，及時(shí)采用不透水塑料膜進(jìn)行覆蓋，以防止水分散失。

d.澆筑完成的豎直面混凝土，拆模后立即用土工布貼面覆蓋，并灑水養(yǎng)護(hù)。

5結(jié)語

根據(jù)興隆樞紐工程建設(shè)監(jiān)理單位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，興隆樞紐主體工程大體積混凝土施工周澆筑強(qiáng)度達(dá)到了1.2m3，創(chuàng)造了主體工程 開工以來底板混凝土澆筑最大周強(qiáng)度。其中，泄水閘標(biāo)段完成15個(gè)倉號，混凝土方量4345m3；船閘標(biāo)段完成4個(gè)倉號，混凝土方量5101m3；電站閘標(biāo)完成4個(gè)倉號，混凝土方量 3448m3。而且加上后期養(yǎng)護(hù)措施的及時(shí)和到位，新澆筑大體積混凝土的強(qiáng)度和表面質(zhì)量均達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，有效促進(jìn)了工程施工進(jìn)度，對后期大體積混凝土夏季施工提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.017

中圖分類號：TV544+.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0061- 04

A brief discussion of quality control of mass concrete construction:taking Xinglong Key Water-control Project in South-to-North Water Diversion as an example

LI Wenfang, ZHU Lihua

(HubeiHanJiangRiverChannelAdministration,Qianjiang433100,China)

Abstract：Higher technology is required in mass concrete construction, and the stress crack with the temperature difference caused by the cement hydration heat should be prevented in concrete construction in particular. Therefore, good preparations should be made in such links as material selection and technical measures to ensure the mass concrete construction in quality. Taking an example of a project case, this paper is intended to explore some issues on the quality control in mass concrete construction. This will be of guiding significance to a certain extent in quality control and supervision of mass concrete construction.

Key words：mass concrete; materials engineering; temperature stress; crack