萬安二線船閘大體積混凝土溫控措施研究

周小敏 徐旋 江西省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司

1.前言

船閘工程大多數(shù)構(gòu)件屬于大體積混凝土，極易產(chǎn)生裂縫，施工過程對(duì)控裂要求高。大體積混凝土在升溫和降溫階段，因溫度應(yīng)力導(dǎo)致的開裂問題非常普遍，是目前仍需深入研究解決的工程技術(shù)難題。萬安樞紐二線船閘工程為江西省龍頭船閘，大體積混凝土澆筑體量大，為確?；炷潦┕べ|(zhì)量，根據(jù)工程的實(shí)際情況，合理地制定了溫控措施，避免、防止裂縫的產(chǎn)生，并以期為類似船閘工程大體積混凝土澆筑提供參考。

2.工程概況

萬安二線船閘工程由上引航道、上閘首、閘室、下閘首及下引航道等組成。閘室有效尺寸為180×23×4.5m（有效長度×有效寬度×檻上水深）。二線船閘按Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，上游施工擋水圍堰、復(fù)建土壩以及船閘上游進(jìn)水墻、上閘首、閘室、下閘首為樞紐擋水前緣組成部分，按I級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，導(dǎo)航墻及靠船墩等結(jié)構(gòu)按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。船閘結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)90余萬方，主體結(jié)構(gòu)采用C30混凝土，閘頂105m高程（吳淞高程）、建基面高程44m。船閘分層分塊將閘室分為11段、每段每層按3m一層進(jìn)行澆筑，閘首邊墩按3m一層進(jìn)行澆筑。

3.溫控措施

3.1 混凝土原材料優(yōu)選

大體積混凝土可采用普通硅酸鹽水泥，不使用早強(qiáng)水泥。水泥比表面積控制在300～380m/kg范圍。（明確水泥規(guī)格）活性摻合料選采用Ⅱ級(jí)原狀粉煤灰和S95礦渣粉。

骨料使用最大公稱粒徑不超過80mm的混合級(jí)配卵石，采用中砂的細(xì)度模數(shù)為2.6至3.0，經(jīng)檢驗(yàn)合格的河砂、卵石等骨料應(yīng)存放于可防曬、防雨、排水通暢的料倉中。

本工程所使用的外加劑為緩凝型高性能減水劑，摻減水劑混凝土的28天收縮率比不能大于100%。拌合水設(shè)置集裝箱式冷水系統(tǒng)，對(duì)拌合用水進(jìn)行冷卻，拌合水溫度不大于5℃，此溫度代表出機(jī)口水溫。夏季骨料溫度較高，考慮使用制冰設(shè)備，混凝土制備加入碎冰攪拌（碎冰的塊體大小，不宜過大，保證出機(jī)時(shí)碎冰全部融化成水）控制出機(jī)溫度，加冰量根據(jù)原材料溫度實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。

3.2 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用絕熱溫升低、抗裂性能良好的配合比是大體積混凝土溫控的重點(diǎn)。優(yōu)化配合比，在滿足混凝土強(qiáng)度要求的同時(shí)，盡量減少水泥用量，以減少水化熱，又要提高混凝土流動(dòng)性，增強(qiáng)混凝土的和易性。

船閘結(jié)構(gòu)采用C30混凝土，配合比優(yōu)化按以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：C30混凝土膠材用量擬使用345kg/m、325kg/m，砂率控制范圍在35%～45%，擬使用的混凝土膠凝材料組成如表1所示。

表1 混凝土膠凝材料組成kg/m3

根據(jù)表1中混凝土膠凝材料組成，C30混凝土配合比見表2、表3。

表2 混凝土配合比（kg/m3）

表3 混凝土配合比（kg/m3）

通過計(jì)算得出，混凝土膠材用量為345kg/m、325kg/m時(shí)，C30混凝土出機(jī)溫度和入倉溫度分別見表4、表5。

表4 C30混凝土出機(jī)溫度和入倉溫度（膠材用量為345kg/m3時(shí)）

表5 C30混凝土出機(jī)溫度和入倉溫度（膠材用量為325kg/m3時(shí)）

3.3 原材料溫度控制措施

本工程配置HZS180 攪拌站4套，生產(chǎn)線配500t級(jí)的礦粉罐1個(gè)，500t級(jí)的粉煤灰罐1個(gè)，100t級(jí)的硅粉，罐1個(gè)，500t級(jí)的水泥罐2個(gè)，滿足混凝土高峰期單月12萬方澆筑的要求。現(xiàn)場(chǎng)配備多個(gè)粉料罐，罐體上安裝噴淋，通過噴淋濕潤罐體保證水泥冷卻時(shí)間，以控制水泥溫度。料倉搭建隔熱遮陽棚，室內(nèi)安裝噴霧系統(tǒng)，控制集料攪拌前的溫度不超過31℃。

3.4 運(yùn)輸過程溫控

選擇合理運(yùn)輸路線，對(duì)運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行修整，保證道路暢通，盡量縮短運(yùn)輸時(shí)間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)道路布置情況，目前澆筑點(diǎn)與出料口距離約為1.0km。合理調(diào)配車輛和入倉設(shè)備，避免出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)等車待料，時(shí)間過長導(dǎo)致混凝土溫度升高，同時(shí)安排專人現(xiàn)場(chǎng)指揮車輛，確保先到的車先行卸料，減少混凝土的運(yùn)輸?shù)却龝r(shí)間，降低運(yùn)輸?shù)却^程中混凝土溫升。混凝土運(yùn)輸車輛裝料前，對(duì)罐車罐體外表包裹土工布并灑水濕潤降溫，如車輛排隊(duì)裝料時(shí)間過長，安排車輛停在陰涼地方等待裝料。在氣溫較高太陽較為猛烈的天氣，采用混凝土罐車運(yùn)輸時(shí)，可在混凝土卸料點(diǎn)的附近設(shè)置澆水點(diǎn)，利用水管向混凝土運(yùn)輸罐表面噴水降低溫度。

3.5 混凝土澆筑過程溫控

混凝土澆筑時(shí)對(duì)新拌混凝土進(jìn)行常規(guī)施工檢查，新拌混凝土應(yīng)性能穩(wěn)定、品質(zhì)均勻，不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)離析、泌水和較大的坍落度損失。盡量避開中午（溫度較高時(shí)間段）進(jìn)行混凝土澆筑，合理安排時(shí)間利用陰天、夜間及早晚進(jìn)行混凝土澆筑?；炷翝仓r(shí)分層攤鋪，每次攤鋪厚度不能超過500mm，在振搗上層混凝土?xí)r，插入下層混凝土深度不低于50mm?；炷翑備侀L度以上層混凝土攤鋪時(shí)下層混凝土未初凝為準(zhǔn)，不得隨意留施工縫，防止施工過程中出現(xiàn)冷縫?；炷翝仓r(shí)應(yīng)均勻布料，禁止使用振搗棒趕料?；炷翝仓^程，為防止氣溫過高促使倉面混凝土溫升過快，在已經(jīng)振搗完成的混凝土表面及時(shí)進(jìn)行覆蓋，澆筑方式采用臺(tái)階式澆筑法。頂層混凝土澆筑完畢，初凝前進(jìn)行二次振搗、二次抹面，終凝前覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑時(shí)，對(duì)倉面模板、基底進(jìn)行灑水濕潤，同時(shí)在模板上開啟噴霧，通過噴霧降低現(xiàn)場(chǎng)澆筑倉面溫度。

3.6 混凝土養(yǎng)護(hù)及降溫保溫措施

萬安樞紐二線船閘所處位置（贛江中上游流域）屬亞熱帶濕潤氣候東亞季風(fēng)區(qū)，雨量充沛，氣候溫和。極端最高氣溫為：40.9℃；極端最低氣溫為：-6.9℃；多年平均氣溫為：19.4℃。

混凝土澆筑后在干燥、炎熱氣候條件下：在混凝土側(cè)面設(shè)置噴淋系統(tǒng)，并包裹塑料薄膜，保濕養(yǎng)護(hù)14天；混凝土頂面先鋪一層土工布，灑水，再覆蓋泡沫板保溫，設(shè)置淋水設(shè)施，養(yǎng)護(hù)14天或至上層混凝土澆筑。

在氣溫下降時(shí)采取以下保溫措施：推遲拆模時(shí)間，拆模后立即用土工布加以覆蓋保溫，對(duì)于廊道、豎井段等部位，用保溫材料封堵孔口來進(jìn)行混凝土保溫。對(duì)于需要回填覆蓋的混凝土結(jié)構(gòu)，在具備回填條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡早進(jìn)行混凝土回填，減少干縮?；炷另斆婵射伾弦粚铀芰媳∧ず笤俑采w一層麻袋（或土工布）等保溫材料，在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)始終保持混凝土表面處于濕潤狀態(tài)。

3.7 分層施工并控制分層厚度

根據(jù)本船閘工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，混凝土結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求分層、分塊進(jìn)行施工，大體積溫控混凝土分層施工時(shí)，整體連續(xù)澆筑施工的分層厚度為300～500mm。在已澆筑的混凝土塊上澆筑下倉混凝土?xí)r，層間間歇時(shí)間不宜超過7天。為確保新舊混凝土的接合良好，應(yīng)將接茬的上倉混凝土表面的軟弱層和水泥漿鑿去，并除去已經(jīng)松動(dòng)的粗骨料。按規(guī)范要求處理好混凝土表面，用大量水沖洗干凈，并充分濕潤，坑能洼處不留有積水。澆注下倉混凝土?xí)r應(yīng)澆一層高一級(jí)標(biāo)號(hào)水泥砂漿。

3.8 溫度監(jiān)測(cè)

溫度傳感器滿足如下工作參數(shù)：精度±0.5℃，靈敏度0.25℃，測(cè)量范圍：-40～125℃。每批溫度傳感器在使用之前應(yīng)進(jìn)行抽樣校準(zhǔn)，選取20%抽樣。停止溫度檢測(cè)的條件還可以通過混凝土澆筑體的降溫速率確定（不宜大于2℃/d）。應(yīng)將測(cè)溫元件的引出線集中布置及保護(hù)。澆筑過程中，下料、振搗時(shí)不得碰擊測(cè)溫元件及引出線。大體積混凝土澆筑體內(nèi)預(yù)埋6個(gè)溫度傳感器原件，外部安裝1個(gè)溫度傳感器原件，混凝土澆筑體內(nèi)混凝土構(gòu)件中心最高、底面、表面、環(huán)境溫度及內(nèi)表溫差。自澆筑時(shí)間起，溫度以1小時(shí)/次頻率自動(dòng)采集，待混凝土內(nèi)部最高溫度下降至45℃(夏季)時(shí)可停止溫度監(jiān)測(cè)。傳感器采集頻率根據(jù)不同溫度變化階段設(shè)置：從澆筑開始到降溫開始前2天，監(jiān)測(cè)頻率為1h一次；降溫2天后，調(diào)整為2h一次。當(dāng)中心溫度降到45℃或內(nèi)表溫差、表面與環(huán)境溫差在5℃以內(nèi)時(shí)可以停止監(jiān)測(cè)。每次觀測(cè)完成后及時(shí)填寫溫度監(jiān)測(cè)記錄表。

3.9 溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

混凝土溫度控制的原則是：控制混凝土澆筑溫度，最高不超過30度；采取措施降低混凝土的降溫速率；盡量降低混凝土的水化熱溫升、推遲最高溫度發(fā)生時(shí)間；控制混凝土表面和周圍環(huán)境溫度之間的差值、降低混凝土表面和內(nèi)部之間、新舊混凝土之間的溫差。

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的相關(guān)要求，并結(jié)合船閘工程的實(shí)際情況，設(shè)置“內(nèi)表溫差”“澆筑溫度”“降溫速率”及“內(nèi)部最高溫度”四個(gè)主要控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本工程大體積混凝土制定的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 大體積混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)主要指標(biāo)

3.10 異常情況預(yù)案

（1）氣溫變化。在大體積混凝土施工和養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻關(guān)注天氣情況，當(dāng)遇到氣溫過高、臺(tái)風(fēng)或驟降，可以推遲新混凝土的澆筑，在已澆筑完成的混凝土構(gòu)件側(cè)面和頂面增加防雨布。

（2）溫度異常。如果混凝土澆筑溫度偏高，需及時(shí)對(duì)原材料采取一定的降溫措施（如拌合水加冰等），保證混凝土澆筑溫度在可控范圍內(nèi)。

如果混凝土內(nèi)外溫差偏高，增加保溫層厚度，做到外保內(nèi)散。

（3）養(yǎng)護(hù)過程中混凝土構(gòu)件出現(xiàn)開裂。在混凝土溫度處于上升階段時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)淺層裂縫，檢查保溫層是否覆蓋到位、混凝土構(gòu)件表面是否干燥，應(yīng)當(dāng)及時(shí)調(diào)整表面保濕、保溫措施，減少混凝土與周圍環(huán)境及混凝土內(nèi)表的溫差。

在混凝土溫度處于下降階段時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)規(guī)則性裂縫，先采取措施，降低混凝土降溫速率，檢查混凝土保濕、保溫情況；同時(shí)對(duì)混凝土構(gòu)件溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估分析，查找裂縫產(chǎn)生的原因，結(jié)合實(shí)際工況，制定整改措施，避免裂縫的產(chǎn)生。

4.結(jié)論

萬安樞紐二線船閘工程大體積混凝土主要從原材料、拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行溫度控制，目前船閘現(xiàn)澆混凝土表面光滑平順，無明顯色差、邊線順直、外觀質(zhì)量良好，未出現(xiàn)蜂窩、麻面等質(zhì)量問題，迎水面豎向傾斜合格率100%、迎水面平整度合格率100%、實(shí)體回彈強(qiáng)度檢測(cè)合格率100%、混凝土鋼筋保護(hù)層檢測(cè)合格率98%以上，船閘混凝土質(zhì)量達(dá)到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。本工程溫控措施有效保障了大體積混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量，并為船閘工程大體積混凝土溫度控制提供參考。