太浦河泵站混凝土施工溫控技術

李建文

摘 要：太浦河泵站工程泵房主體砼的施工，由于民房拆遷工作的拖后，致使工程正式開工推遲了近4個月，迫使泵房砼施工不得不趕在8月高溫季節(jié)開始進行澆筑。為了盡可能有效地防止砼裂縫的產(chǎn)生，尤其是防止產(chǎn)生危害性裂縫，在澆筑泵房流道（底板、墩墻及頂板）砼時，必須采取必要的、有效的溫控措施，以確保泵房主體砼的質量，爭創(chuàng)優(yōu)質工程。

關鍵詞：混凝土;拌制;澆筑;溫控

中圖分類號：TV553文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）26-0107-05

1 工程情況

主泵房為堤身式塊基型結構，站身順水流向寬40.45m，長67.56m，分三塊底板，每塊底板的平面尺寸為40.45m×22.5m，布置2臺機組;泵房地基為⑤1層粉質黏士，容許承載力僅為105kPa，不能滿足設計要求的166.95kPa，故泵房基礎全部采用直徑70cm、深5.9～7.4m的深層水泥攪拌樁加固，總計2 020根;進水側底板底高程-8.05m，出水側底板底高程-6.45m，底板砼厚2m;高程l.45m以下為泵房流道部分，高程1.45m以上為泵房上部結構[1]。每臺水泵進、出水口流道寬度均為9.lm，中間設隔墩;每2臺機組間設中墩，隔墩寬1.1m，中墩寬1.4～5.25m，邊墩寬1.45～4.3m，頂板砼厚1.2～2.2m。設計要求在澆筑底板砼時必須一次澆筑，不允許分層分塊;墩墻和頂板允許在結構應力較小處設垂直施工縫。流道部分從-8.05m～頂板l.45m總高度9.5m，分底板、墩墻、頂板三層完成。采用的澆筑方法如下。

①底板。每塊底板的平面尺寸為40.45m×22.5m，厚度為2.0m，砼方量為2 370m3，設計要求必須一次澆成，不允許分層分塊。而現(xiàn)場的澆筑機械能力較小，僅在主泵房的上游11m處安裝了1臺80T·M的軌道式建筑塔吊，起重能力為12.5m時，吊重6t;起重能力為26.6m時;吊重3t;起重能力為37.5m時，吊重2.0t;起重能力為45m時，吊重1.6t。泵房下游4m處在中間安裝了1臺60T·M的固定式建筑塔吊，起重能力為12.4m時，吊重3t;起重能力為25m時，吊重2t;起重能力為42m時，吊重0.75t。因而，底板砼無法采用塔吊進行澆筑。原打算采用砼泵，但又擔心用泵砼水泥用量大而加大水化熱溫升，因此決定采用常態(tài)砼。由此，泵房底板砼最后確定采用蛇形鋼筋柱搭設澆筑平臺，使用2t的農(nóng)用翻斗車直接入倉的澆筑方法，自上游向下游臺階式推進澆筑[2]。

②泵房流道的墩墻砼。由于墩墻倉號較小，又可逐個墩子進行澆筑，故采用塔吊進行澆筑。

③泵房頂板砼。上游部分可采用上游塔吊澆筑常態(tài)砼，下游部分，由于下游塔吊能力較小，且距上游塔吊較遠，原計劃是搭設澆筑平臺使用農(nóng)用翻斗車進行澆筑。但后來因澆筑頂板時已到11月，氣溫較低，同時考慮到頂板鋼筋太密，故決定改用泵送砼較可靠。工程所在地蘇州吳江的氣溫資料見表1。

6月底和7月初的工地實測最高氣溫達39℃，中午實測得出的河水、砂子、碎石及砼出機口溫度分別為32、33、36℃和36℃。

2 溫度的主要控制措施

2.1 設計對溫控的要求

設計要求較為簡單，僅在主泵房砼分層分塊圖中有以下要求：為避免大體積混凝土由于溫度應力作用而產(chǎn)生裂縫，泵房大體積砼澆筑入倉溫度不得超過25℃，并應加強養(yǎng)護，注意保溫，避免冷空氣襲擊。同時，應加入合適的外加劑，如在砼中加入WG-HEA高效抗裂性防水劑或同類產(chǎn)品。同一澆筑層中各塊體應間隔澆筑。水平工作縫間隔時間為5～7d，垂直工作縫間隔時間不少于7d。

2.2 溫控措施的主要特點

砼產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，必須從結構設計、溫度控制、原材料選擇、施工安排和施工質量等方面采取綜合性措施。但是，由于溫度變化和砼收縮而產(chǎn)生的溫度應力和收縮應力是導致大體積砼出現(xiàn)裂縫的主要原因，所以在制定溫控措施時，必須把控制砼的最高溫度作為主要方面。這就要從降低砼出機口溫度、入倉溫度和降低水化熱溫升著手。

本工程中砼的形狀復雜、塊體大，每塊底板為40.45m×22.5m，但厚度僅2m左右，且不允許分層分塊澆筑;墩墻厚度不均，同一墩子最厚處為5m，最薄處僅1.4m，隔墩厚僅1.1m，但長度達16m;頂板厚度為1.2～2.2m，但形狀較好，上、下游頂板長、寬基本一致。總體來看，各部位的厚度均不大，有利于砼散熱。為防止砼產(chǎn)生表面裂縫，應控制好砼的內外溫差，一般不要超過25℃。主要溫控措施是降低砼最高溫度，并做好砼表面的保溫防護。

本工程中泵房的基礎為水泥攪拌樁加固后的土質地基，基礎約束可不考慮。

制定砼溫控措施時，必須結合工地的實際情況，采用技術上可行、操作上簡便實用、經(jīng)濟上節(jié)省的措施。

2.3 降低砼水化熱溫升的主要措施

在滿足設計要求和施工質量的前提下，盡量減少單位水泥用量，是降低砼水化熱溫升的有效措施。實踐表明：每立方砼中少用水泥10kg，可降低砼絕熱溫升1.2℃左右。減少單位水泥用量，主要是采用摻粉煤灰和外加劑，同時盡量采用低坍落度和大級配砼。本工程泵房砼由于鋼筋很密，故只能采用二級配（底板小，部分可用三級配），坍落度也不宜太小，大部分采用7～9cm。根據(jù)局中心實驗室提供的砼配合比試驗資料，粉煤灰選用蘇州望亭電廠的Ⅰ級粉煤灰，摻量20%;外加劑選用江西萍鄉(xiāng)贛西防水材料廠的WG-FDN高效減水劑，摻量為0.5%～1.5%時，減水率為14%～25%，摻量為1.0%時，減水率為22%。在澆筑頂板砼時，由于采用泵砼，11月初的氣溫雖己降至9～19℃，但考慮到頂板的重要性，采用了摻加WG-HEA抗裂防水劑，摻量10%（以總膠凝材料計，按80%替代水泥）。試驗測得砼的自身體積變形值7d為123.4×10-6，28d為106.5×10-6，4d時出現(xiàn)最大值，為128.1×10-6。

經(jīng)試驗后確定的泵房流道砼施工配合比見表2。

根據(jù)以上配合比，可用式（1）計算各種配合比砼的最終絕熱溫升。

[Q0=WCQC+WFQF+WPQPpc]? ? ? ? ?（1）

式中：[WC]、[WF]和[WP]分別為水泥、粉煤灰、抗裂劑的用量，kg/m3;[QC]、[QF]和[QP]分別為水泥、粉煤灰、抗裂劑的水化熱總量，kcal/kg;[p]為砼的容重，取2 400kg/m3;[c]為砼的比熱，取0.235kcal/（kg·c）。

試驗測得水泥7d的水化熱為312J/g，即74.6kcal/kg，推算可得水泥的水化熱總量為89.0kcal/kg;粉煤灰也有一定的活性，其發(fā)熱量可取水泥的55%;抗裂微膨脹劑WG-HEA也按粉煤灰發(fā)熱量計算。由此，坍落度為5～7cm時，常態(tài)砼的最終絕熱溫升為：二級配砼不摻WG-HEA時，[Q0]=42.5℃;二級配砼摻10%WG-HEA時，[Q0]=41.3℃：三級配砼不摻WG-HEA時，[Q0]=39.9℃。

坍落度為14～16cm，泵送砼不摻WG-HEA時，[Q0]=49.9℃;摻10%WG-HEA時，[Q0]=48.6℃。

通過上述計算可知，泵送砼的水泥用量多為33kg/m3，其絕熱溫升比常態(tài)砼高7℃以上：常態(tài)砼二級配比三級配約高3℃。

2.4 降低砼出機口溫度和入倉溫度的主要措施

①降低骨料溫度。骨料倉要保持堆滿，高度不小于5m，并用竹笆搭設防曬棚，防止太陽直射。同時，用7～10℃冷水噴淋降溫（砂子除外，噴嘴間距3m×4m，使石子骨料保持濕潤，加快蒸發(fā)降溫）。在8月中旬，白天氣溫32～34℃情況下，實測石子溫度為26～28℃，收到了較好的降溫效果。在沒有噴淋時，實測石子溫度與氣溫基本相同。

②采用低溫冷水拌和砼。購置了2臺冷水機組生產(chǎn)5～7℃冷水，制冷量為67.2萬kcal/h，冷水產(chǎn)量可達20m3/h左右，按50m3/h拌和能力計算，需要7℃冷水7m3/h左右，可以滿足冷水拌和與骨料噴淋的需要。

③加強現(xiàn)場施工組織和管理，縮短砼運輸時間和減少中間倒運次數(shù)，要求砼從出機口運輸?shù)降踹\入倉的時間不超過60min（運輸砼的自卸汽車加活動遮陽棚），減小砼的溫度回升。通過實測可知，在8月中旬氣溫為32～34℃的情況下，澆筑1#2#機組底板砼時，入倉溫度比出機口溫度高約2℃。

④采用一期冷卻，削減水化熱溫升、降低砼最高溫度。對于墩墻、頂板砼，要在底板砼澆完成一個月后才能澆筑?？紤]到受底板砼的約束，又屬薄長型結構，采用一期冷卻水管進行冷卻。在墩墻厚度大于2m的部位按0.8m×1.0m布置Φ25mm水管，通冷水（28℃）10d左右。

2.5 砼的后期溫控主要措施

加強表面保濕保溫、減小砼的內外溫差是防止砼表面產(chǎn)生裂縫的有效措施。由于水泥（包括粉煤灰）的水化熱作用，砼溫升加快，一般在3～5d即達到峰值，之后隨著水化熱作用逐漸減弱和消失，并向周圍逐漸散熱，砼溫度逐漸下降。自然冷卻情況下的散熱過程比較緩慢[3-5]。在砼內部升溫及達到峰值后降溫的過程中，當砼內部與砼表面溫差較大時，砼表面極易產(chǎn)生裂縫。施工規(guī)范規(guī)定：砼的最大內外溫差不能大于20～25℃。必須做好砼的表面保溫保濕工作。具體來說，在泵房施工中，當砼達到終凝后立即覆蓋一層塑料薄膜和一層麻袋或草袋，及時進行保溫和保濕;在冬季，封閉泵房流道上、下游口門，防止穿堂風對砼表面的冷擊。

2.6 溫度計算

2.6.1 砼出機口溫度。按照拌和前砼原材料總熱量與拌和后流態(tài)砼的總熱量相等的原理，利用式（2）計算砼出機口溫度：

[T0=CS+CwqsWSTS+CG+CwqGWGTG+CcWcTc+Ww-qsWs-qGWGTwCsWs+CGWG+CCWC+CwWw] （2）

式中，[CS]、[CG]、[CC]、[Cw]分別為砂、石、水泥、水的比熱，Kcal/（kg·℃），取值為：[CS=CG=CC=0.2]，[Cw=1.0];[qs]、[qG]分別為砂、石骨料的含水量，分別取3%和2%;[WS]、[WG]、[Wc]、[Ww]分別為每立方砼中砂、石、水泥（包括粉煤灰）和水的重量，kg;[TS]為砂子的溫度，取30℃;[TG]為石子溫度，取28℃;[Tc]為水泥和粉煤灰溫度，取散裝水泥和粉煤灰[Tc]=50℃;[Tw]為拌和水溫度，采用冷水拌和，[Tw]=7℃。

計算可知：C25W6F50坍落度為7～9cm時，二級配常態(tài)砼[T0]=27℃;坍落度為7～9cm時，三級配常態(tài)砼[T0]=27.1℃;坍落度為14～16cm時，二級配泵砼[T0]=25.6℃。

若不采用7℃冷水拌和砼和噴淋骨料降溫，而采用30℃河水拌和砼，砂、石溫度按31℃計算，則坍落度7～9cm時，二級配砼出機口溫度[T0]=32.3℃。

2.6.2 入倉溫度。入倉溫度的計算公式如式（3）所示：

[TBP=T0+（Ta-T0）×（θ1+θ2+…θn）]? ? ? ? ? （3）

式中，[T0]表示砼出機口溫度，取27℃;[Ta]表示砼運輸時的氣溫，8月份取37℃;[θ1、θ2、…、θn]為有關系數(shù)，砼運輸過程中，每裝卸轉運一次[θ]=0.032，以三次計砼運輸時[θ=At]。其中，[A]為系數(shù)，[t]為汽車運輸時間。機動三輪車[A]=0.007，[t]=10min;自卸汽車[A]=0.003，[t]=45min;泵送砼[A]=0.010，[t]=15min。

代入計算可得：底板和邊墻砼的入倉溫度[TBP]為30.0℃;頂板泵送砼的入倉溫度[TBP]為27.3℃。

若不采用7℃冷水拌和砼和噴淋骨料降溫，而采用30℃河水拌和砼，則8月份的砼入倉溫度[TBP]為33.7℃。

2.6.3 砼澆筑溫度。砼澆筑溫度系指砼經(jīng)過平倉振搗后，覆蓋上層砼前在5～10cm處測得的溫度[7-10]。計算公式如式（4）所示：

[TP=TBP+0.003τTa-TBP]? ? ? ? ? ? （4）

式中，[τ]為砼平倉振搗后到上層砼覆蓋前的間隔時間，取120min;[TBP]為砼入倉溫度，7℃冷水拌和砼時入倉溫度為30℃;[Ta]為氣溫，8月份取37℃。

將相關數(shù)據(jù)帶入公式可得：常態(tài)砼的澆注溫度[TP]為=30+0.003×120（37-30）=32.5℃;泵送砼的澆注溫度[TP]為30.8℃。

若采用30℃河水拌和砼，[TP]=34.9℃。

2.6.4 砼最高溫度計算。砼最高溫度計算公式如式（5）所示：

[Tmax=Tp+Tr]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式（5）中，[TP]為砼澆筑溫度，取32.5℃;[Tr]為水化熱溫升。

砼入倉后的溫升主要由水泥水化熱引起，同時也與入倉溫度、氣溫、散熱條件和澆筑塊的厚度有關[11-15]。砼水化熱溫升的精確計算較復雜，現(xiàn)參照有關資料按式（6）進行計算：

[Tr=Nθ0]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

式中，[θ0]為砼最終絕熱溫升，℃。如前述，二級配常態(tài)砼[θ0]取42.5℃，三級配常態(tài)砼[θ0]取41.3℃;[N]為函數(shù)，與澆筑厚度、澆筑溫度、時間、砼導溫系數(shù)有關，可從有關資料圖表查得。砼最高溫度計算結果，2m厚底板，坍落度5～7cm，二級配砼，如表3所示。

從表3可知，砼最高溫度出現(xiàn)在澆筑后第4天，為58.0℃。

若采用30℃和水拌和砼，則砼最高溫度[Tmax]=60.4℃。

3 溫控效果

3.1 溫度監(jiān)測

①在砼澆筑過程中進行溫度監(jiān)測。每4h測一次砂、石、水、溫度、砼出機口溫度和澆筑溫度，并同時記錄當時的氣溫。澆筑溫度的測量為每100m2倉面面積應不少于一個測點，每一澆筑層應不少于3個測點。

②埋設內部溫度計。每塊底板共布置7個測點，每個測點在距頂面和基礎面各20cm處和底板中部各埋設一只溫度計，各測點電纜集中引至觀測站。由專人進行溫度計的埋設、維護、觀測和資料整理。砼澆筑后即開始測量，前7d每天觀測3次，以后每天1次。

3.2 效果評價

3.2.1 澆筑過程測溫。以1#2#機組底板砼為例，澆筑方量2 370m3，澆筑時間8月16日08：30開盤至8月21日06：00收盤，歷時118h，澆筑期氣溫：白天33～34℃，晚上23～25℃。

實測砂子溫度：白天27～29℃，晚上23～24℃;實測石子溫度：白天26～28℃，晚上23～24℃;實測水溫度6～11℃;實測砼出機口溫度：白天27～29℃，晚上25～27℃;實測砼入倉溫度：白天30～31℃，晚上26～28℃;實測砼澆筑溫度：白天31.5～32.5℃，晚上26～28℃。由于采用了7℃冷水拌和砼（包括減水劑調制），并對石子骨料用7℃冷水進行噴淋冷卻，最終得出：在8月份白天氣溫為33～34℃的情況下，砼出機口溫度降低到27～29℃;晚上23～24℃，降低了5～6℃。

3.2.2 澆筑后測溫。仍以1#2#機組底板為例。其中溫度計2#、5#、6#測點的砼溫度情況見表4。

從表4可以看出，砼的最高溫度出現(xiàn)在澆筑后的第3～5d，且在砼的中部，以后逐漸下降，到28d時已降至30℃左右，以后將更加緩慢，1#、2#機組底板砼實測最高溫度[Tmax]=57.6℃，與計算的[Tmax]=58.0℃非常接近。

3.2.3 評價。太浦河泵站工程主泵房流道底板、墩墻、頂板砼施工，由于采用了比較完整有效的溫控措施，較好地降低了水化熱溫升。在8月份氣溫為32～34℃的情況下，使砼的最高溫度由不采取溫控措施時可能達到的60.4℃降低到57.6℃，取得了較好的效果。在砼澆筑過程中，采用7℃冷水拌和和骨料噴淋降溫等有效措施，同時及時在砼表面采用薄膜和麻袋進行覆蓋，以保濕保溫、延長拆模時間、減小內外溫差，此外，還在頂板砼中摻加了WG-HEA抗裂防水劑，收到了良好的效果。在竣工驗收檢查中，未發(fā)現(xiàn)砼有任何裂縫，為獲取上海市優(yōu)質結構和“白玉蘭”獎奠定了基礎。

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