淺論大體積混凝土溫控綜合措施

張 良 陳東風(fēng)

（江蘇省鎮(zhèn)江市城市水利管理處 鎮(zhèn)江 212000）

淺論大體積混凝土溫控綜合措施

張 良 陳東風(fēng)

（江蘇省鎮(zhèn)江市城市水利管理處 鎮(zhèn)江 212000）

對于大體積混凝土建筑，混凝土干縮及因散熱降溫引起的冷縮極易引起混凝土開裂，須采取降低水化熱和變形，降低混凝土內(nèi)外溫差，加強保濕養(yǎng)護等溫控綜合措施以減少裂縫，防止有害裂縫產(chǎn)生。

大體積混凝土 溫控綜合措施 結(jié)構(gòu)自防水 超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計

1 前言

引航道水利樞紐工程主體兩個中孔閘墩單體混凝土工程量約10500m3，一半以上結(jié)構(gòu)常年處于水下。為使大體積混凝土不產(chǎn)生危害性貫穿裂縫，造成墩墻滲水危及廠房安全，該工程在混凝土溫控方面采取了多項綜合措施，以保證工程安全。采取的溫控綜合措施主要有：設(shè)置膨脹加強帶；選擇合適的膨脹劑；優(yōu)化配合比設(shè)計；細(xì)化施工澆筑方案；埋設(shè)冷卻水管；加強保溫保濕養(yǎng)護等相應(yīng)措施，做到多管齊下，采取綜合性溫控應(yīng)對措施，在工程實際中取得了良好的效果，具有較好的推廣意義。

2 工程概況

鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程位于鎮(zhèn)江市北部內(nèi)江與長江鎮(zhèn)揚河段六圩彎道之間的引航道上，距出江口500m處。工程主體有九孔十墩，采用分離式底板布設(shè)，其中兩個中孔閘墩（ZD1、ZD2）為空腔式，空腔內(nèi)布置雙向泵站，單體混凝土工程量大,分五次（五層）現(xiàn)場澆筑。

3 混凝土結(jié)構(gòu)自防水和超長結(jié)構(gòu)無縫施工技術(shù)的基本原理

3.1結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計

由于柔性防水層的壽命只有10～20年，而混凝土壽命為50～100年，所以《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108）在地下工程防水設(shè)計中，強調(diào)結(jié)構(gòu)自防水是“首選”防線。結(jié)構(gòu)自防水的關(guān)鍵是混凝土能否抗裂，這是抗?jié)B的前提：一是地基要牢靠，不能產(chǎn)生不均勻沉降裂縫，二是采用補償收縮混凝土和適當(dāng)?shù)呐浣盥省?/p>

3.2超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計和施工技術(shù)

所謂“無縫設(shè)計”是個相對概念，根據(jù)結(jié)構(gòu)情況，可無縫或少縫，專指釋放收縮應(yīng)力的后澆縫，不包括沉降縫。無縫設(shè)計思路是“抗放兼?zhèn)?，以抗為主”。超長結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力集于中部，為防裂而設(shè)后澆帶。補償收縮混凝土的膨脹加強帶一般設(shè)在后澆帶位置上。根據(jù)板的厚度，帶寬為2～3m，帶兩側(cè)設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，并用立筋φ16～18@300加固，目的是防止兩側(cè)混凝土流入帶內(nèi)。施工時，帶外用小膨脹率混凝土，澆筑到加強帶時，改用大膨脹率混凝土，其強度等級比兩側(cè)混凝土提高一個等級。澆筑到另一側(cè)時，又改為小膨脹率混凝土。如此循環(huán)下去，可連續(xù)澆筑100～120m超長結(jié)構(gòu)。膨脹加強帶可采用連續(xù)式、間歇式或后澆式等形式。連續(xù)式膨脹加強帶見圖1。

4 溫控綜合措施

就該工程而言，中孔閘墩屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土干縮及因散熱降溫引起的冷縮極易引起混凝土開裂。該工程工期緊、任務(wù)重，質(zhì)量要求高，經(jīng)多方開會討論，須采取降低水化熱和變形，降低混凝土內(nèi)外溫差，加強保濕養(yǎng)護等措施以減少裂縫，溫控綜合措施主要有：（1）設(shè)置膨脹加強帶；（2）選擇合適的膨脹劑；（3）優(yōu)化配合比設(shè)計；（4）細(xì)化施工澆筑方案；（5）埋設(shè)冷卻水管；（6）加強保溫保濕養(yǎng)護。

4.1膨脹加強帶

4.1.1膨脹加強帶的設(shè)置

根據(jù)前述混凝土結(jié)構(gòu)自防水和超長結(jié)構(gòu)無縫施工技術(shù)的基本原理，經(jīng)討論研究，確定了中孔閘墩底板和閘墩墩身的膨脹加強帶具體設(shè)置位置。由于閘墩墩身較底板薄，受底板的約束較大，且混凝土墻面養(yǎng)護較難，為此，除了在垂直加強帶的側(cè)面設(shè)附加鋼筋外，另在閘墩墩身設(shè)二道高1m的“水平暗梁”，以抵抗混凝土收縮應(yīng)力導(dǎo)致墩身裂縫的出現(xiàn)。中孔閘墩膨脹加強帶、“水平暗梁”的布置見圖2。

4.1.2膨脹加強帶的做法

采用連續(xù)式膨脹加強帶做法，加強帶兩側(cè)混凝土為小膨脹率混凝土，膨脹加強帶為摻有膨脹劑的大膨脹率混凝土。在2m寬的膨脹加強帶兩側(cè)掛上孔徑小于10mm的金屬絲網(wǎng)，混凝土從一邊推進，澆到膨脹加強帶時，改用大膨脹率混凝土，加強帶澆筑完畢后，再改用原配比混凝土，如此連續(xù)澆注。

4.2膨脹劑的選擇

膨脹劑只要性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，均可配制出性能優(yōu)越的補償收縮混凝土，其自身技術(shù)沒有多大差別，質(zhì)量的差異由生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)管理水平?jīng)Q定。該工程選用硫鋁酸鈣類膨脹劑UEA。

4.3配合比設(shè)計

4.3.1設(shè)計原則

該工程混凝土施工采用自拌混凝土，砂子為中粗砂，石子為二級配，目的是考慮采用較小的水灰比、較粗的骨料以減少水化熱。配置的混凝土應(yīng)具有良好的工作性能，在滿足混凝土強度的同時，應(yīng)滿足工程使用部位相應(yīng)的混凝土限制膨脹率，應(yīng)充分考慮混凝土的耐久性能。

4.3.2原材料

水泥：P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；

骨料：中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；石子，5-31.5連續(xù)級配；

粉煤灰：Ⅰ級灰；

膨脹劑：UEA膨脹劑；

外加劑：南京水科院F2高效減水劑；

纖維：聚丙烯纖維。

4.3.3混凝土配合比

經(jīng)配合比優(yōu)化設(shè)計，確定混凝土施工配合比，配合比見表1。

圖1 連續(xù)式膨脹加強帶圖

圖2 中孔閘墩膨脹加強帶、“水平暗梁”設(shè)置示意圖

圖3 中孔閘墩混凝土澆筑分層示意圖

表1 混凝土配合比表

4.4施工澆筑方案

4.4.1中孔閘墩底板混凝土施工

中孔閘墩底板底高程為-5.00m（上下游齒坎位置為-6.00m），順?biāo)飨蜷L48m、寬21m，底板頂面高程在-4.00～-2.60m之間，總方量約1800m3。

根據(jù)混凝土底板整體性的要求，倉內(nèi)澆筑時按“斜面分層”的方式連續(xù)澆筑成型。首先從內(nèi)江側(cè)齒坎開始澆筑，澆平齒坎后，從內(nèi)江側(cè)向外江側(cè)斜面攤鋪，平行推進。每層混凝土厚度控制在40cm左右，經(jīng)計算每層混凝土澆筑量約84m3，完成時間2～3h。

4.4.2閘墩混凝土施工

中孔閘墩分五次（五層）澆筑，其中第一次為底板長48m，寬21m，最大高度（進水側(cè)）為3.4m，最小厚度1.0m，單體混凝土量約1800m3；第二次為進水流道層，48m× 21m，頂高程為1.3～0.8m（進水流道段不等高），最大澆筑厚度約6m，澆筑混凝土方量約4000m3，為該工程最大混凝土澆筑量；第三次為出水流道層，頂高程為5.8m（進水側(cè)）和5.2m（出水側(cè)）；第四次為上下游空箱及電機層，頂高程為12.53m（進出水段）和10.0m（電機層段）；第五次為泵站檢修平臺層，頂高程為15.0m；第四次、第五次合并為一次澆筑完成，進水流道層以上混凝土總量約4800m3。

中孔閘墩混凝土澆筑分層示意圖見圖3。

4.4.3預(yù)埋冷卻水管

在中孔閘墩底板中預(yù)埋Φ40mm的鋼管，待混凝土初凝后通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部溫度，減少混凝土內(nèi)外溫差。底板中冷卻水管按垂直水流向水平布置，距底板頂面0.6m，間距1.0m。在1.5m厚的底板中布置一層，齒坎部位布置兩層，見圖4。

圖4 中孔閘墩底板冷卻水管布置示意圖

閘墩墩身因分層澆筑，且墩墻厚均超過2m，因此計劃在墩墻中預(yù)埋豎向冷卻管，埋管規(guī)格同底板，按1m間距沿墩墻縱向布置于墩墻中間位置。

在通水冷卻過程中注意控制以下幾點：

（1）控制冷卻水與混凝土內(nèi)部溫度差值小于20℃；（2）每6h改變一次循環(huán)水流方向；

（3）通過冷卻水的流量和流速來控制管中進出水流的溫差在10℃左右；

（4）當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差不超過20℃時停止循環(huán)水冷卻工作，割除超出底板側(cè)面的網(wǎng)管，用C35細(xì)石混凝土封堵管口。

4.5施工養(yǎng)護

混凝土的養(yǎng)護工作對混凝土表面的質(zhì)量及減少混凝土表面收縮裂縫尤顯重要。養(yǎng)護工作安排專人和專用機具進行，養(yǎng)護時間不少于14d。底板及墩墻混凝土初凝后采取以下幾項措施進行養(yǎng)護：

（1）因底板和墩墻混凝土施工時，氣溫回升、空氣干燥，濕度減小，在混凝土終凝后，及時用土工布或草包覆蓋，安排專人澆水養(yǎng)護，使混凝土表面在10～14d內(nèi)保持濕潤。不用井水直接噴灑，因井水溫度低，直接用于養(yǎng)護會加大混凝土內(nèi)外溫差，用冷卻水管排出的水進行養(yǎng)護。

（2）閘墩模板拆除后，由于垂直面覆蓋較困難，采用塑料薄膜養(yǎng)護劑法（混凝土養(yǎng)護劑），即將塑料溶液噴灑在混凝土表面上，溶液揮發(fā)后，混凝土表面形成一層薄膜，混凝土中的水分不再蒸發(fā)，從而完成混凝土水化作用。為達(dá)到養(yǎng)護目的，養(yǎng)護膜保持完整性，噴膜時間與拆模同步進行。

5 溫控監(jiān)測

混凝土澆筑完成后，為了及時掌握底板溫度在平面上的差異，控制混凝土內(nèi)部與表面溫差在25℃以內(nèi)，以便調(diào)整養(yǎng)護措施；同時為了控制降溫速率，保持混凝土每天降溫速率不超過2℃，為變換冷卻水通水方向提供理論依據(jù)。

ZD1底板于2009年4月12日10時開始澆筑，2009 年4月14日2時結(jié)束，共計澆筑40h。ZD1底板經(jīng)過7d的觀測，混凝土內(nèi)部最高溫度為57℃，混凝土內(nèi)部與表面溫差20℃。ZD2底板于2009年4月16日18時開始澆筑，2009年4月18日14時結(jié)束，共計澆筑44h。ZD2底板經(jīng)過7d的觀測，混凝土內(nèi)部最高溫度為57℃，混凝土內(nèi)部與表面溫差20℃。溫升峰值出現(xiàn)在混凝土初凝后3～4d，以后溫度逐漸下降。從實測結(jié)果看，混凝土內(nèi)部與表面溫差小于20℃，說明混凝土的溫控效果較好。

6 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制是一項系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計、施工、材料和管理等各個方面。補償收縮混凝土施工時，要針對工程特點和膨脹混凝土的特性，混凝土的振搗必須密實，不得漏振、欠振或過振。在混凝土終凝以前，要用人工或機械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生，以免影響外觀質(zhì)量。摻膨脹劑的混凝土要特別加強養(yǎng)護，膨脹結(jié)晶體鈣礬石生成需要水，補償收縮混凝土澆筑后早期7～14d濕養(yǎng)護，才能發(fā)揮補償收縮混凝土的膨脹效應(yīng)。

采用補償收縮混凝土，在材料方面，關(guān)鍵措施是在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，通過摻加膨脹劑、高效減水劑以及活性混合材料（如粉煤灰、礦粉等）最大限度地降低水泥用量，延緩混凝土的凝結(jié)時間，推遲混凝土水化熱峰值，使混凝土在開始降溫時，讓其抗拉強度能夠得到足夠的增長。同時根據(jù)工程特點和使用部位，合理確定水泥品種，膨脹劑的摻量，配制出膨脹性能大，補償收縮性能好，施工容易，強度有保證，科學(xué)合理的設(shè)計補償收縮混凝土配合比是關(guān)鍵。

該工程在采取了溫控綜合措施，保證了工程實體結(jié)構(gòu)的完好，至今未出現(xiàn)一條危害裂縫，在類似大體積混凝土施工項目中值得推廣和應(yīng)用■