淺談水閘大體積混凝土溫度控制措施

易春權(quán)

(上海宏波工程咨詢管理有限公司， 上?！?01707)

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淺談水閘大體積混凝土溫度控制措施

易春權(quán)

(上海宏波工程咨詢管理有限公司， 上海201707)

上海市水閘工程大多涉及大體積混凝土施工，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制是保證水閘大體積混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵。混凝土變形受到約束從而產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，大體積混凝土結(jié)構(gòu)所承受的變形，主要因溫度和收縮而產(chǎn)生。因此，溫度控制是保障大體積混凝土施工質(zhì)量的重點(diǎn)，必須從原材料、混凝土配合比、施工工藝、測(cè)溫監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)等幾個(gè)方面進(jìn)行控制方能達(dá)到預(yù)期效果。

大體積混凝土； 溫度控制； 水閘施工

1　前　言

大體積混凝土一般是指混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸已達(dá)到必須采取相應(yīng)措施妥善處理溫度差值、合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)。自動(dòng)化控制的混凝土拌合站及輸送泵越來越多的在混凝土施工中應(yīng)用，為大體積混凝土施工提供了條件。大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)厚、混凝土用量大、鋼筋密、施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)，除了滿足強(qiáng)度、整體性等要求外，還存在如何防止溫度變形產(chǎn)生裂縫的問題。

混凝土結(jié)構(gòu)一旦產(chǎn)生裂縫，混凝土內(nèi)的水泥成分隨裂縫中的滲水析出，致使混凝土強(qiáng)度降低，同時(shí)鋼筋也很快銹蝕、斷面減小直至斷裂，從而破壞了結(jié)構(gòu)的整體性，改變了混凝土內(nèi)部應(yīng)力分布，使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。因此，大體積混凝土溫度裂縫問題在水閘施工中受到了各參建單位的高度重視。從根本上分析、了解、采取措施，盡量杜絕在施工中產(chǎn)生此類現(xiàn)象，從而保證水閘的工程質(zhì)量。

2　水閘大體積混凝土工程概述

上海金匯港南閘為出海節(jié)制閘，屬于一線海塘水閘，面臨杭州灣，是集擋潮、除澇、應(yīng)急通航、水資源調(diào)度等功能于一體的出海閘。新建金匯港南閘位于老閘以外537m左右，設(shè)計(jì)最大排澇流量650m3/s，閘孔凈寬60m，閘底坎高程-1.5m。閘室底板和閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40高性能海工混凝土，底板厚2.5m，分三塊，單塊最大體積近2000m3；閘墩中墩厚3m、高8.5m、長(zhǎng)28.5m，體積約730m3。水閘底板和閘墩混凝土澆筑均應(yīng)按照大體積混凝土施工進(jìn)行質(zhì)量控制，并應(yīng)滿足大體積混凝土溫控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖1　金匯港水閘工程平面布置圖

圖2　中孔縱剖視圖

3　混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫控制措施

大體積混凝土施工質(zhì)量控制的目的是防止混凝土產(chǎn)生裂縫，一方面控制混凝土硬化初期自身收縮與干燥收縮導(dǎo)致的收縮裂縫，另一方面控制硬化過程中水泥水化熱和外界溫差導(dǎo)致的溫度裂縫。該工程閘室底板和閘墩大體積混凝土裂縫控制應(yīng)該從這兩類裂縫控制上入手。

3.1合理選用原材料，優(yōu)化混凝土配合比

該工程閘室底板和閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40高性能海工混凝土。

配合比設(shè)計(jì)程序：海工混凝土配合比試配參考設(shè)計(jì)提供的配合比并結(jié)合地方材料性能，采用“比選-校正”法進(jìn)行設(shè)計(jì)。參考類似工程的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C30、C40的海工混凝土分別設(shè)計(jì)兩組配合比進(jìn)行相關(guān)性能指標(biāo)的試驗(yàn)成果分析，在強(qiáng)度和耐腐蝕性等指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，將擬定的混凝土配合比提交溫控設(shè)計(jì)研究單位進(jìn)行溫控設(shè)計(jì)。最后綜合各方試驗(yàn)結(jié)果對(duì)擬定混凝土配合比進(jìn)行校正，最終確定該工程海工混凝土配合比。

設(shè)計(jì)過程鑒于對(duì)“海灣水環(huán)境、水位變動(dòng)區(qū)以及溫度、濕度”等綜合因素的考慮，特?cái)M定了四個(gè)配合比，編號(hào)分別為C30-1、C30-2、C40-1、C40-2。經(jīng)由上海市建筑科學(xué)研究院驗(yàn)證[見表1(為減少篇幅僅列其中一項(xiàng))]，四組配合比抗氯離子滲透性均符合該工程混凝土電通量不大于1000C的規(guī)定，且滿足海工混凝土耐腐蝕性要求(見表2)；考慮到C30-1、C40-1配合比中水泥含量較低，外摻料用量較大，在混凝土硬化過程中較另外兩組配合比能有效的降低水化熱的產(chǎn)生，故選擇C30-1、C40-1兩組配合比作為該工程海工混凝土配合比。

表1　C40混凝土配合比復(fù)驗(yàn)計(jì)算

表2　混凝土耐腐蝕性

氯離子總含量計(jì)算：混凝土中氯離子總含量包括水泥、礦物摻合料、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑及水中所含氯離子含量之和，不允許超過膠凝材料總量的0.1%。四組配合比的混凝土氯離子總含量及總堿含量計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，見表3。

表3　氯離子總含量計(jì)算結(jié)果

總堿含量計(jì)算：混凝土中總堿含量包括水泥、礦物摻合料、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑及水所含氫氧根離子含量之和，其中礦物摻合料的堿含量以其所含可溶性堿計(jì)算，粉煤灰的可溶性堿含量取粉煤灰總堿量的1/6，礦渣粉的可溶性堿含量取礦渣粉總堿量的1/2，混凝土中總堿含量不能超過3kg/m3，四組配合比的混凝土中總堿含量計(jì)算結(jié)果見表4。

表4　總堿含量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)參建方討論及專家建議，擬對(duì)該工程高性能海工混凝土配合比在C40-1基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)驗(yàn)證。主要原則是在C40-1配合比基礎(chǔ)上對(duì)膠凝材料用量進(jìn)行調(diào)整，降低水泥用量，提高粉煤灰、礦粉等外摻料的用量。根據(jù)《海工混凝土規(guī)范》可知，降低水泥用量，提高粉煤灰、礦粉等外摻料用量對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能有利。由于原C40-1配合比抗氯離子滲透性(電通量)滿足設(shè)計(jì)要求，因此在C40-1配合比基礎(chǔ)上按照本原則進(jìn)行微調(diào)驗(yàn)證只需要對(duì)調(diào)整后的配合比強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)根據(jù)微調(diào)后的配合比重新進(jìn)行溫控驗(yàn)算。

在經(jīng)上海市建筑科學(xué)研究院驗(yàn)證通過的C40-1配合比基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了四個(gè)不同膠凝材料用量的微調(diào)配合比進(jìn)行驗(yàn)證，其結(jié)果見表5～表7。

表5　經(jīng)建科院驗(yàn)證的原C40-1配合比

表6　微調(diào)C40配合比

表7　微調(diào)C40配合比強(qiáng)度

從強(qiáng)度結(jié)果分析，C40-a、C40-b、C40-c均能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，考慮到大體積混凝土溫控措施，為有效降低水化熱，最終選用水泥用量較小的C40-b配合比作為該工程的海工混凝土配合比。

3.2合理制訂有效的施工工藝

3.2.1底板澆筑工藝

該工程底板共包括11塊：閘室底板3塊，邊跨底板2塊，厚2.5m，平面尺寸為28.2m×28.5m，基礎(chǔ)為方樁基礎(chǔ)；中跨底板1塊，厚1.5m，平面尺寸為28.2m×28.5m，基礎(chǔ)壓密注漿處理。兩側(cè)岸墻底板各1塊，厚1m。外河側(cè)底板3塊，厚1m；內(nèi)河側(cè)底板3塊，厚1.2m。

為盡可能避免混凝土強(qiáng)度上升期間底板相互之間約束力造成的底板變形開裂，同時(shí)考慮到中跨底板無樁基礎(chǔ)，將中跨底板與邊跨底板接縫處設(shè)計(jì)為齒坎形式。為便于施工，中跨底板最后澆筑。底板混凝土澆筑順序如圖3所示。

圖3　閘室底板混凝土澆筑順序

澆筑方法：底板澆筑采用泵送商品混凝土。澆筑順序均沿長(zhǎng)邊方向，采用“階梯分層，聯(lián)系推進(jìn)”的施工方法，臺(tái)階寬2.5m左右(見圖4)。供應(yīng)能力按計(jì)算確定，澆筑間隔時(shí)間應(yīng)滿足《水工混凝土施工規(guī)范》(SDJ 207-82)的有關(guān)規(guī)定，不會(huì)形成冷縫。

圖4　水閘底板混凝土澆筑示意圖

混凝土振搗：根據(jù)分層的厚度、層數(shù)和泵送混凝土自然流淌形成的斜坡度，在澆筑前、中、后共布置三道振動(dòng)器：第一道布置在混凝土卸料口，負(fù)責(zé)卸料口混凝土的振搗；第二道布置在混凝土的斜坡部分，負(fù)責(zé)斜面混凝土的振搗密實(shí)；第三道布置在坡腳及底層鋼筋處，混凝土流入下層鋼筋底部，確保下層鋼筋混凝土的振搗。振搗時(shí)嚴(yán)格控制振動(dòng)器移動(dòng)的距離、插入深度、振搗時(shí)間，避免各澆筑帶交接處的漏振。

混凝土泌水處理：混凝土澆筑過程中，上部泌水和漿水順著混凝土坡腳流淌，使用軟管污水泵及時(shí)排除，表面混凝土找平后采用真空吸水機(jī)工藝脫去混凝土成型后多余的泌水，降低混凝土的原始水灰比，提高混凝土強(qiáng)度、抗裂性、耐磨性。

混凝土表面處理：混凝土表面的水泥砂漿較厚，故在混凝土表面進(jìn)行真空吸水后、初凝前，用圓盤式磨漿機(jī)磨平、壓實(shí)，并用鋁合金長(zhǎng)尺刮平，初凝后至終凝前采用二次壓光法，即用葉片式磨光機(jī)磨光，人工輔助壓光。既能很好地避免干縮裂縫，又能使混凝土表面平整光滑、表面強(qiáng)度提高。

3.2.2閘墩澆筑工藝

在底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%后方可澆筑閘墩混凝土，分層澆筑高程如下：-4m～-1m(第一次隨底板一起澆筑0.5m)、-1m～+4m(具備澆筑胸墻條件)、+4m～+10m。

胸墻以下閘墩兩邊對(duì)稱同時(shí)采用泵送混凝土澆筑，采用串筒入倉(cāng)下料，串筒距混凝土澆筑面不超過2m，每層每次澆筑厚0.35m，閘墩每層澆筑量約為30m3。每個(gè)閘墩4個(gè)下料點(diǎn)，每個(gè)下料點(diǎn)一次下料7.5m3，可滿足澆筑強(qiáng)度。澆筑時(shí)兩個(gè)閘墩交替循環(huán)上升，每循環(huán)一次約1h，不會(huì)形成冷縫。

混凝土澆搗采用人工下倉(cāng)，用插入式振搗器振搗，振搗時(shí)必須按作用半徑均勻插振，不漏振，不過振，但不得觸碰模板，以保證振搗密實(shí)，模板不變形。倉(cāng)面若出現(xiàn)泌水，在下批混凝土澆筑前，人工入倉(cāng)清除干凈。

3.2.3養(yǎng)護(hù)工藝

金匯港南閘改造工程主體工程大體積混凝土施工主要特點(diǎn)是體積大、表面系數(shù)比較小、水泥水化熱釋放比較集中、內(nèi)部溫升較快?；炷羶?nèi)外溫差較大時(shí)，會(huì)使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

底板和閘墩混凝土澆筑正值夏季高溫，為防止出現(xiàn)裂縫，閘室大體積海工混凝土澆筑溫控措施采取了冷卻水管進(jìn)行溫控，現(xiàn)場(chǎng)澆筑后第3d達(dá)到最高溫度60℃之后一路下降，防止了裂縫的出現(xiàn)。

閘墩澆筑采用鋼模板，澆筑后立即在底板表面覆蓋一層塑料薄膜，再在塑料薄膜上覆蓋一層土工布，土工布之上用方木進(jìn)行固定，經(jīng)過河海大學(xué)研究計(jì)算，底板部分只需表面保溫，無需內(nèi)部冷卻水管保溫。

加強(qiáng)倉(cāng)內(nèi)作業(yè)，降低混凝土澆筑溫度。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理，縮短各環(huán)節(jié)施工時(shí)間，采用臺(tái)階式澆筑，做到每層混凝土覆蓋時(shí)間間隔不超過180min；混凝土澆筑完成后，及時(shí)采用塑料薄膜和草袋進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

3.3加強(qiáng)測(cè)溫監(jiān)測(cè)工作，控制內(nèi)外溫差

為有效控制混凝土內(nèi)外溫差，并對(duì)后續(xù)閘墩施工提供現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫升實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，邊孔底板澆筑時(shí)需進(jìn)行溫度監(jiān)控。測(cè)溫孔布設(shè)三組，一組布設(shè)在邊孔底板中心處，一組布設(shè)在邊孔底板邊角處，一組布設(shè)在中墩中部。具體位置如圖5所示。

圖5　測(cè)溫孔布置

垂直方向測(cè)溫點(diǎn)按50cm一層布置，A組共有測(cè)溫點(diǎn)6個(gè)，B組和C組共有測(cè)溫點(diǎn)5個(gè)，A0、B0、C0距頂面5cm，測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)方式如圖6所示。

圖6　測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)方式

溫度測(cè)量采用便攜式數(shù)字溫度計(jì)，澆筑底板前將溫度計(jì)探頭及數(shù)據(jù)線預(yù)埋至預(yù)定位置，底板初凝后開始測(cè)量溫度，每天安排專人負(fù)責(zé)記錄(由于篇幅所限，簡(jiǎn)要摘取幾組數(shù)據(jù)予以說明)。測(cè)溫頻率按表8時(shí)間控制。

表8　測(cè)溫時(shí)間及測(cè)溫頻率控制

續(xù)表

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，混凝土中心溫度最高，當(dāng)混凝土澆筑完成2～3d時(shí)為一個(gè)高峰期，以后逐漸緩慢下降，3個(gè)點(diǎn)的最大溫差分別為24.5℃、24.6℃、24.4℃，符合“小于25℃的最大溫差”的規(guī)范要求，說明采取的控制溫差措施合理、有效。經(jīng)上海市相關(guān)檢測(cè)部門檢測(cè)，主體工程未出現(xiàn)裂縫，質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4　經(jīng)驗(yàn)及建議

該工程閘室底板和閘墩結(jié)構(gòu)澆筑過程中采用的溫控方案便于操作，保證了工程質(zhì)量，滿足了工程要求，具有一定的推廣價(jià)值。根據(jù)以上對(duì)大體積混凝土澆筑溫度控制的初步探討及結(jié)合同類工程的經(jīng)驗(yàn)，在工程實(shí)施前，對(duì)存在的各項(xiàng)因素分析透徹，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，可做到防患于未然，確保工程質(zhì)量。

On water sluice mass concrete temperature control measures

YI Chunquan

(Shanghai Hongbo Engineering Consulting Management Co., Ltd., Shanghai 201707, China)

Shanghai sluice projects are mostly related to mass concrete construction. Concrete structure crack control is critical to the quality of sluice mass concrete construction. Deformation of the concrete is restrained to produce concrete structure crack, and deformation of mass concrete structure is mainly produced due to temperature and shrinkage. Therefore, temperature control is the key to safeguard the quality of mass concrete construction. Expected effect can be achieved through controlling raw materials, concrete mix proportion, construction technology, temperature monitoring, maintenance, etc.

mass concrete; temperature control; sluice construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.013

TV554+.91

A

1005- 4774(2016)08- 0052- 07