嘉陵江草街航電樞紐船閘工程混凝土高溫條件下施工技術(shù)

毛海濱，王立春，李冰黎

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

嘉陵江草街航電樞紐壩址位于我國西南內(nèi)陸地區(qū)，屬亞熱帶季風氣候。工程區(qū)夏熱多雨，冬季溫暖干燥，多年平均氣溫為18.2℃，最高氣溫45℃，每年5—10月是高溫和高輻射熱季節(jié)。

草街航電樞紐船閘工程主體混凝土總量約為60萬m3，為多級配半干硬性混凝土。由于草街航電樞紐工程工期緊，需要進行全年施工方能實現(xiàn)進度目標，所以必須采取切實有效的綜合溫控措施，保證在高氣溫條件下混凝土連續(xù)、快速施工，以確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量和進度。

1 溫控指標的影響因素

1.1 基礎(chǔ)溫差

當基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土28 d齡期的極限拉伸值不低于0.85×10-4時，對于施工質(zhì)量均勻、良好，基巖與混凝土的變形模量相近，短間歇均勻上升澆筑的澆筑塊，基礎(chǔ)容許溫差可采用表1規(guī)定的數(shù)值[1]。

表1 基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土容許溫差ΔΤTable 1 Allowed tem perature differenceΔΤof concrete in basic restrained zone ℃

1.2 混凝土內(nèi)外溫差

本工程規(guī)定混凝土表面溫度系指混凝土表面5～10 cm以下的溫度，且應是統(tǒng)一垂直面3個點的溫差，而不是任意位置的最高和最低的溫差。

我國現(xiàn)行建筑和道橋等國標基本上都是要求混凝土內(nèi)外溫差不超過25℃，蘇聯(lián)規(guī)定不大于20～25℃[2]。本文混凝土內(nèi)外溫差選用蘇聯(lián)規(guī)定不大于20～25℃的要求，其下限用于基礎(chǔ)和老混凝土（混凝土齡期超過28 d）約束范圍內(nèi)的部分。

1.3 混凝土澆筑溫度

國內(nèi)外對混凝土澆筑溫度都有規(guī)定，一般要求最大澆筑溫度控制在30～35℃之間；而美國佛羅里達州交通局對暑天混凝土澆筑溫度的限制值為27℃，后來根據(jù)實際應用情況提高到38℃。

本工程根據(jù)實際應用情況，其上限值控制在38℃以內(nèi)。

1.4 上下層溫差

上下層容許溫差一般為15～20℃。

2 高溫條件下施工措施

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

影響混凝土內(nèi)部最高溫升的因素主要是每方混凝土中水泥的用量及單位水泥的水化熱。因此，要降低混凝土內(nèi)部的最高溫升，就要在滿足混凝土強度等技術(shù)指標的前提下降低水泥用量及選用水化熱較低的水泥。由于本工程的水泥為甲供材料無法做更多的比選，但可以通過配合比試驗盡可能減小混凝土的水灰比及坍落度。目前，船閘混凝土均采用坍落度為4～6 cm的半干硬性混凝土。通過試驗表明，單方混凝土每降低1 cm坍落度，可減少水泥用量4～8 kg。船閘工程主要使用的C20四級配混凝土的水泥用量僅為170 kg/m3。

2.1.1 采用高摻粉煤灰

草街航電樞紐船閘混凝土中均摻加了粉煤灰，最大摻量30%。

2.1.2 選用適應高溫條件的高效緩凝減水劑

高效緩凝減水劑具有推遲水泥水化熱反應，從而可以消減水泥水化熱峰值。根據(jù)試驗成果，船閘混凝土選用AL-Cb型高效減水劑，要求根據(jù)草街的實際氣候狀況分冬季型和夏季型分別供應。夏季型可使混凝土的初凝時間控制在6～9 h范圍內(nèi)，與夏季高溫條件施工強度相匹配。

2.2 預冷混凝土，降低出機口溫度

采用一、二次風冷粗骨料，加冷水拌制預冷混凝土，可使混凝土出機口溫度控制在14～17℃以內(nèi)。

2.3 減少混凝土運輸過程中溫度回升

1）自卸汽車運輸時車廂頂部設(shè)活動遮陽棚；2）通過合理調(diào)度盡可能減少運輸時間，嚴格控制混凝土在車上的滯留時間。

2.4 減少混凝土澆筑過程中溫度回升

1）在認真分析倉面特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場施工條件和資源配置，做好倉面設(shè)計工作；

2）采用臺階法施工，盡可能減小混凝土澆筑倉面面積；

3）提高混凝土入倉強度，加快混凝土入倉速度，縮短混凝土澆筑時間；

4）及時振搗、及時覆蓋，減少陽光輻射造成的混凝土溫升，延緩混凝土初凝時間；

5）在混凝土澆筑過程中，采用輕型高效倉面噴霧機將高壓清水霧化成細小霧滴，用風力將霧滴均勻吹到混凝土澆筑面上方形成霧層，從而改善澆筑面環(huán)境溫度。

2.5 加強養(yǎng)護

高溫時段施工時，除對層面立即采用保溫被進行覆蓋，待混凝土終凝后對混凝土表面進行灑水養(yǎng)護外，對混凝土長期暴露面采用花眼硬質(zhì)PVC管流水養(yǎng)護。

3 實施效果

3.1 出機口溫度檢測

1） 骨料一次風冷后的終溫控制在（12.6±2）℃，測溫53次，合格率97.8%；骨料二次風冷后終溫控制在（4±2）℃，測溫53次，合格率87%。

2） 一般情況下混凝土加冷水10 kg/m3，可降低出機口溫度0.22℃。實測混凝土加冷水110 kg/m3，可降低出機口溫度2.0～2.4℃。

3）混凝土出機口溫度檢測875次，最高溫度18.5℃，最低溫度13.4℃，合格率93.8%。

3.2 運輸過程中溫度回升

汽車運輸混凝土溫度回升與混凝土溫度、氣溫、太陽光直射、混凝土在車內(nèi)滯留時間等因素有關(guān)。在氣溫25～36℃、混凝土溫度14～17℃、汽車設(shè)遮陽棚、運輸距離0.5～1.2 km的條件下，共測溫98次，溫度回升在0.5～1.0℃之間。

3.3 澆筑過程中溫度回升

混凝土入倉后，在陽光直射、氣溫33℃的條件下，溫度回升2～4℃/h，采取噴霧措施可保持空氣濕度，同時可降低倉面環(huán)境溫度3～5℃。

3.4 典型段實際溫控效果

現(xiàn)以安裝間3號塊（高程174.6～176.1m）及上閘首2號墩相近時段同標號混凝土澆筑倉面為例，作對比分析。

1） 混凝土配合比見表2。

表2 混凝土配合比Table2 M ix proportion of concrete

2） 施工過程相關(guān)參數(shù)：原材料溫度見表3，澆筑氣溫、出機口溫度、入倉溫度見表4，測溫成果見圖1。

表3 原材料測溫記錄表Table3 Temperature recordsof raw material

3）對比分析：兩個塊體混凝土標號均為C20（四級配），澆筑時間相差不大，而從測溫成果可以看出入倉溫度及溫升曲線差非常大。安裝間3號塊中混凝土水化熱溫升相對較慢，在澆筑后72 h左右達到峰值，混凝土內(nèi)部最高溫度為44℃，最大溫升為23℃。上閘首2號墩中混凝土水化熱溫升較快，在澆筑后12～24 h之間便達到峰值，混凝土內(nèi)部最高溫度為62℃，最大溫升為32℃。主要的原因就是上閘首2號墩采取常態(tài)混凝土，常規(guī)工藝施工；而安裝間3號塊采取了預冷混凝土等綜合的溫控措施，確保了混凝土的入倉溫度、最高溫度及其溫升過程滿足相關(guān)要求。

表4 混凝土溫度參數(shù)表Table4 Concrete temperature parameters

圖1 混凝土溫升曲線Fig.1 Tem perature rise curve of concrete

4 建議及結(jié)語

1） 常規(guī)測溫技術(shù)，受外界與人為的影響過大，不利于作出正確的選擇（尤其是需要修改澆筑計劃，加快施工進度的時候）。國內(nèi)外的工程實踐已經(jīng)證明，光纖測溫技術(shù)是排除自然與人為干擾的最佳選測。

2） 可考慮用60 d或90 d強度代替28 d強度，來進一步降低水泥用量，從而降低混凝土內(nèi)部最高溫升。

3）應盡可能采用多級配混凝土，對于部分特殊結(jié)構(gòu)可分區(qū)設(shè)計混凝土級配。根據(jù)相關(guān)資料，二級配混凝土較四級配混凝土水泥用量增加30%，本工程實際配合比中C20（二級配）混凝土較C20（四級配）混凝土（坍落度、水泥品種等參數(shù)相同的情況下）每方混凝土多用水泥23 kg。

4）規(guī)范[3]規(guī)定普通硅酸鹽水泥的比表面積不小于300 g/mm2，但目前水泥廠家為確保水泥強度，特別是新標準實施后為提高強度以適應新標準而將水泥磨得更細。本工程使用的水泥比表面積達380～390 g/mm2，雖然該水泥不是早強型，但早期強度非常高，水化熱溫升速度非?？欤?4～36 h達到峰值），對混凝土防裂極為不利。

5）關(guān)于冷卻水管的應用，埋設(shè)冷卻水管的目的是削減混凝土初期水化熱溫升，以利于控制混凝土最高溫度、減小基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差。一般初期通水冷卻可削減水化熱溫升值5～7℃，但由于其有冷卻速度控制在1.0～1.5℃/d及冷卻水溫與混凝土溫度之差應控制在25℃范圍內(nèi)的要求。故認為其不適用高熱水泥拌制的混凝土，因為高熱水泥拌制的混凝土早期強度較高，水化熱溫升速度快，水溫與混凝土溫度的差值不好控制，容易出現(xiàn)冷擊現(xiàn)象，另外混凝土溫度降低有限，性價比較低。

混凝土高溫季節(jié)施工，溫度控制是質(zhì)量管理的重中之重，是一項各個環(huán)節(jié)、工序都要嚴格控制的系統(tǒng)工程。通過草街航電樞紐船閘工程實踐證明，通過采取綜合性的預防措施，保證了層面結(jié)合良好及限制溫度裂縫的產(chǎn)生，確保了高溫季節(jié)澆筑混凝土的質(zhì)量。

[1]SL 319—2005，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].SL 319—2005,Design specification forconcretegravity dams[S].

[2]GB 175—2007，通用硅酸鹽水泥[S].GB 175—2007,Common Portland cement[S].

[3] 張超然，周厚貴，史振寰.水利水電施工手冊：第三卷[M].北京：中國電力出版社，2002.ZHANGChao-ran,ZHOU Hou-gui,SHIZhen-huan.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volume III[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.