飛來峽樞紐船閘工程大體積混凝土溫度控制研究

劉 韌

(廣東水電二局股份有限公司，廣州 510000)

0 引 言

船閘工程施工中，混凝土的溫度控制，對船閘工程施工質(zhì)量會產(chǎn)生直接的影響。因此，在對船閘工程大體積混凝土的質(zhì)量進行分析中，重視大體積混凝土的溫度控制，對提高船閘工程的施工質(zhì)量有促進作用。大體積混凝土的剛度、強度以及穩(wěn)定性等要求，對船閘工程的施工質(zhì)量控制等會產(chǎn)生直接的影響[1]。在這一背景下，結(jié)合船閘工程對大體積混凝土的質(zhì)量要求，重視對大體積混凝土的溫度進行控制你給，可保證船閘工程的綜合施工質(zhì)量與效率。

1 工程概況

飛來峽二、三線船閘混凝土以常態(tài)混凝土為主?；炷量傮w工程量為574560m3，原則上要求大體積混凝土澆筑避開高溫季節(jié)，對船閘底板等體積較大的混凝土其澆筑溫度和最高溫升應(yīng)滿足施工圖紙的規(guī)定。在現(xiàn)場施工過程中測試出機口的溫度從而建立混凝土和澆筑溫度之間的關(guān)系，為了減少混凝土運輸中的溫度上升，采取一系列有效措施。

總工程區(qū)域在距離船閘主體結(jié)構(gòu)約200m處，距離上下游導(dǎo)墻均在3km范圍內(nèi)。在混凝土材料選擇上主要考慮配比設(shè)計、實驗比、選擇抗裂性這幾方面，混凝土溫度控制措施與結(jié)構(gòu)的設(shè)計、材料的選擇、施工工藝等多個環(huán)節(jié)相關(guān)。結(jié)合實際情況和對混凝土的具體施工澆筑過程、施工分層方法、養(yǎng)護過程、拆模時間、表面保溫等方法制定了具體的施工措施。

2 混凝土原材料及配合比設(shè)計

2.1 優(yōu)質(zhì)的混凝土

2.1.1 水泥原材料選用

有條件的情況下在大面積施工區(qū)域應(yīng)選擇混凝土用水泥時，收縮性小或者膨脹性強的水泥的占優(yōu)勢。水泥以散裝的水泥為主，袋裝的水泥為輔。因為水泥遇水膨脹后將會產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力再慢慢的預(yù)壓應(yīng)力抵消掉部分溫度徐變應(yīng)力，從而減少混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力，提高混凝土的抗壓能力[2]。因此，水泥材料中的MgO含量在3.0%～5.0%，C3A、C3S和C2S含量應(yīng)分別應(yīng)該控制在5.0%以內(nèi)，石膏與C3A的比值大些，50.0%左右和20.0%左右這種材料比例水泥具有長期穩(wěn)定的微膨脹抗裂能力。

2.1.2 骨料的采用

在選擇骨料的時候，膨脹系數(shù)小，巖石彈模率低，表面無包裹層及配置良好的骨料應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮。質(zhì)感比較粗的骨料含泥量≤1%，泥塊兒含量≤0.5%。在抗凍時期含泥量≤0.7%,其中泥塊含量≤0.2%。除砂要符合骨料的要求外還應(yīng)適當(dāng)?shù)姆艑捈?xì)石粉，這樣不僅有利于提高混凝土的作用性，而且也可提高混凝土的密封性、持久性和抗裂性。有研究表明，泥砂中的石粉比例一般在15%～18%之間為宜[3]。粉煤灰的顆粒感與水泥的相當(dāng)，燒失量小，含硫量和含堿量低，水量比值小，都可以混在凝土中使用。

2.1.3 外加劑的選用

大體積混凝土宜選用緩凝型高效減水劑，其減水率≥18%，其中緩凝成分不應(yīng)為糖內(nèi)。摻外加劑的混凝土28d收縮率≤125%。

2.2 配合比值

1)通過凝土的強度等級、持久性及施工工藝的要求，混凝土的配合比更具有原材料的品質(zhì)。通過計算、試驗、調(diào)整等步驟選定。

2)混凝土中最小凝膠用量≥300kg/m3，其中水泥用量≥220km/m3。當(dāng)單獨采用混煤灰作為混合材料時，普通硅酸鹽水泥混凝土中的摻量不應(yīng)超過凝膠材料總量的30%，應(yīng)力混凝土中粉煤灰的混合量不得超過凝膠材料總量的25%。

3)在配合混凝土中抗壓性、防滲性、抗裂性都是常規(guī)設(shè)計指標(biāo)。在條件允許的情況下試驗溫度應(yīng)力機來進行抗裂混凝土配合比值的選擇。

4)配合比的設(shè)計方案根據(jù)原材料的性能及混凝土的技術(shù)要求進行初步計算，得出初步配合比；再根據(jù)實驗室試拌調(diào)整，得出基準(zhǔn)配合比；經(jīng)過嚴(yán)格檢驗后，選出滿足設(shè)計和施工要求的配合比；配合比值需要根據(jù)現(xiàn)場砂石的含水率進行調(diào)整，在滿足設(shè)計要求的前提下盡可能節(jié)省資金。

2.3 拌合站的水溫控制

夏季施工時候，為控制高標(biāo)號混凝土的入模溫度，除骨料降溫外，采用最經(jīng)濟有效的方式就是用低溫水(7℃±2℃)進行攪拌。計劃兩座拌合站加裝冷水系統(tǒng)，降低混凝土溫度。具體方式闡述如下：通過制冷機組與水產(chǎn)間的循環(huán)，循序漸進地把100m3水池里的高溫水(300C)下降至70C(±20C)。時間為5h。在溫度達到設(shè)定溫度，拌合站開始施工作業(yè)，水池水位隨之下降，補水系統(tǒng)以15m3/h的速度補水，此時制冷系統(tǒng)可根據(jù)溫度變化啟動，適時把100m3的高溫水完全降溫到設(shè)定的低溫水。

3 裂隙產(chǎn)生原因及處理方法

3.1 裂隙產(chǎn)生原因

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的截面和水泥含量成正比。水泥遇水乳化所釋放的熱量會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮差異，所以導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂隙的主要原因就是溫度收縮應(yīng)力[4]。這種裂隙有表面和貫通的兩種。其次高強混凝土的收縮性，主要是干燥收縮、溫度收縮、可塑性收縮、化學(xué)收縮和自收縮這5個方面：

1)收縮干燥性：混凝土在空氣含量不飽和的情況下很容易失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水性，從而產(chǎn)生干縮，干縮率也隨之降低，高強混凝土的孔隙率比普通混凝土低。

2)收縮可塑性：收縮的塑性基本發(fā)生在混凝土硬化前期的可塑性階段。高強混凝土基本不會被水滲透，所以表面失水快，凝土可塑性收縮比普通混凝土更容易產(chǎn)生。

3)自收縮性：自干燥造成毛孔細(xì)中的水分缺失從而導(dǎo)致產(chǎn)生負(fù)壓，引起混凝土的自收縮反應(yīng)。高強度混凝土的水膠比值低，前期發(fā)展趨勢快，會使其中的自由水消耗快。高強混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)實密度高，外界水很難滲透進去就會引發(fā)凝土的自收縮。

4)收縮化學(xué)性：水泥遇水后慢慢乳化，固相體積也會隨之增加，而水泥中水的體積減小，形成許多毛孔細(xì)縫。高強度混凝土水膠比小，水化程度受到管制，化學(xué)收縮性比普通混凝土差。當(dāng)混凝土發(fā)生收縮并且受到外內(nèi)部壓迫時，就會產(chǎn)生拉應(yīng)力，很大可能引起裂開。高強度混凝土有高抗拉強度，在相同收縮變形下，就會引起較高的拉應(yīng)力[5]，由于高強混凝土的變化能力低，應(yīng)力松弛量較小，所以抗裂性能差。

3.2 處理方法

次工程采用表面鑿槽嵌補法，在裂隙少深度深時，混凝土裂隙鑿一條V型或U型槽，槽內(nèi)嵌入剛性材料如水泥砂漿和環(huán)氧膠泥時，灌滿柔性材料如聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等進行密封。槽內(nèi)表面修復(fù)平整且洗凈污垢，盡量保持干燥。密封材料前，先涂刷與嵌填材料混凝土性質(zhì)的稀釋涂料，表面鑿槽修補裂縫的處理方法，見圖1。

(a)一般裂隙 (b)滲水裂隙 (c)活動裂隙 (d)活動裂隙擴展后情況1—裂隙;2—水泥砂漿或環(huán)氧膠泥;3—聚氧乙烯;4—1∶2.5水泥砂漿或剛性防水;5—密封材料；6—隔離緩沖區(qū)；B—槽寬；δ—活動距離

4 施工過程溫控措施

4.1 混凝土運輸過程溫度控制

混凝土運輸過程中的溫度控制，對保證混凝土的基本質(zhì)量有促進作用。在高溫天氣的環(huán)境下，混凝土運輸過程中，則需要利用保冷措施進行控制，并在車輛安裝保冷控制后，可提高混凝土運輸中的溫度控制水平。運輸混凝土過程中，在車廂兩側(cè)安裝保溫層，盡可能減少混凝土溫度回升的情況出現(xiàn)。此外，為避免混凝土因交通擁堵而出現(xiàn)混凝土運輸時間過長的情況，則需要合理安排的運輸路線，盡可能的減少混凝土的倒運次數(shù)。從混凝土運輸?shù)慕嵌冗M行分析，利用冷水沖刷對車輛進行降溫，可在安裝保溫隔熱層的基礎(chǔ)上，降低太陽光對混凝土車輛及混凝土產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.2 溫度控制措施

混凝土運輸過程中的溫度控制，則需要在混凝土入倉后，及時平倉處理，盡可能的降低混凝土在外的暴露時間此外，在混凝土澆筑的過程中，可對倉面面積以及溫度控制過程等進行調(diào)整，對提高溫度控制水平有促進作用。采用必要的冷卻裝置，降低倉面內(nèi)部混凝土溫度的回升，把控好溫度[6]。所以施工工作時間應(yīng)該盡量安排在早上和夜間，避開白天高溫時段澆筑混凝土，由于大倉面的混凝土施工的工期較長，所以在低溫季節(jié)多安排大倉面混凝土的施工工程。

4.3 具體實施措施

大體積混凝土應(yīng)減少結(jié)構(gòu)受到外部的影響，優(yōu)化項目施工方案。提高混凝土均勻性，讓內(nèi)表溫差和降溫速率同步，規(guī)定范圍內(nèi)根據(jù)混凝土升降溫過程，采取合理的溫度控制措施[7]。施工的設(shè)備及材料的選備應(yīng)滿足大體積混凝土連澆要求。本工程建筑物通常尺寸從上往下越來越大、施工期暴露在外界的面積大，環(huán)境氣溫變化大，施工工作強度大。

4.4 霧狀噴射降溫

在高溫天氣環(huán)境下，混凝土的澆筑過程中，溫度高于25℃下，為避免出現(xiàn)混凝土凝固以及氣溫倒灌的情況，則需要通過噴霧劑對倉面環(huán)境的溫度進行控制，噴射量為2mm/h，在噴射的過程中，要確保成霧狀，避免一直噴一個地方用量把控不準(zhǔn)形成水滴狀低落在混凝土面。

4.5 層間歇期的把控

混凝土澆筑分層層厚根據(jù)圖紙、溫控、結(jié)構(gòu)和立模等條件選定，下游引航道導(dǎo)航墻混凝土分層澆筑示意圖，見圖2。

圖2 下游引航道導(dǎo)航墻混凝土分層澆筑示意圖

層間歇期從散熱到防裂再到施工作業(yè)各方面的綜合考慮，分析論證合理的層間間歇，一般≥5d，也不應(yīng)>7d?；炷恋膶娱g間歇要嚴(yán)格按照施工要求，原則上按0的要求進行控制[8]。對于有嚴(yán)格溫控防裂要求的基本強約束區(qū)和重要結(jié)構(gòu)部位時，控制層間間歇期在5d左右。墩、墻等結(jié)構(gòu)混凝土層間間歇4～9d，低溫季節(jié)澆筑取下限值，大體積混凝土澆筑層間間歇時間，見表1。

表1 大體積混凝土澆筑層間間歇時間

5 現(xiàn)場溫度監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

5.1 溫度監(jiān)測系統(tǒng)

建立溫度監(jiān)測系統(tǒng)則是通過SDT溫度計-2型的應(yīng)用，對混凝土建筑物的內(nèi)部溫度進行控制。在實現(xiàn)溫度控制下，可利用溫度計進行溫度監(jiān)測，并及時對混凝土的溫度進行有效控制。溫度控制中，具有穩(wěn)定、高防水、不受電纜等因素干擾、自動化監(jiān)測等優(yōu)點。

5.2 測點布置

結(jié)合大體積混凝土的特性，在對溫度變化進行監(jiān)測中，則需要對大體積混凝土的最大溫差、內(nèi)部最高溫度、溫度變化幅度、截面溫度的梯度變化以及入模溫度變化等進行實時監(jiān)測。在明確監(jiān)測指標(biāo)的基礎(chǔ)上，可在底板混凝土中設(shè)置5組溫度傳感器，并對溫度控制過程進行優(yōu)化，從而提高溫度監(jiān)測控制效果。下閘首溫度監(jiān)控元件布置圖，見圖3；在閘墻混凝土中布置2組溫度傳感器，閘室溫度監(jiān)控元件布置圖，見圖4。

圖3 下閘首溫度監(jiān)控元件布置圖

圖4 閘室溫度監(jiān)控元件布置圖

5.3 監(jiān)測頻率

從監(jiān)測頻率的角度進行分析，大體積混凝土在實際應(yīng)用中，澆筑以及養(yǎng)護階段，混凝土的溫度控制，對混凝土澆筑過程與溫度變化有直接關(guān)系，所以，在溫度控制的過程中，按照2h/次的方式對溫度進行監(jiān)測。溫度提高到峰值后，按照4h/次的方式進行監(jiān)測，在監(jiān)測3次后，按照8h/次的頻率進行監(jiān)測。大體積混凝土的溫度監(jiān)測與控制，則需要結(jié)合溫度變化的實際情況，對溫度變化過程進行實時監(jiān)測，并對最大溫度以及溫度變化過程等進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從而提高溫度控制的綜合水平。

5.4 測試數(shù)據(jù)分析

1)所有溫度測點的布置與應(yīng)用，則需要將混凝土的最高溫度控制在75℃以下，從而滿足船閘工程的施工需求。

2)船閘工程大體積混凝土施工過程中，利用多個測溫點進行監(jiān)測后，各個監(jiān)測點之間的溫度差值要控制在20℃以內(nèi)，從而保證船閘工程的基本施工質(zhì)量。

3)船閘工程中，閘首的底板已經(jīng)閘室的底板所使用的的大體積混凝土，則需要對將降溫速率控制在3℃/d，并對船閘工程的施工過程以及施工控制等進行調(diào)整，從而實現(xiàn)船閘工程大體積混凝土的溫度控制水平提升。

4)根據(jù)船閘工程大體積混凝土施工現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)，在對混凝土的入模溫度進行控制你給，則需要將溫度控制在25℃以下，從而保證船閘工程的基本施工水平。

5)大體積混凝土對的溫度控制要結(jié)合混凝土的實際情況，對混凝土的配比進行調(diào)整，提高船閘工程的施工控制效果。

6 結(jié) 論

文章通過實例對飛來峽樞紐船閘工程大體積混凝土溫度裂縫控制進一步做研究，分析裂縫產(chǎn)生的原因及表面鑿槽嵌補處理法。從施工過程中的溫控措施和現(xiàn)場溫度監(jiān)測兩個大方面深入討論，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，這一課題還會不斷遇到新的問題和創(chuàng)新點，有待于人們 從理論、材料、技術(shù)和工藝等方面進一步探討。