大體積混凝土施工溫控技術(shù)及應(yīng)用效果

□羅宇呈

水利工程大體積混凝土施工過程中，易出現(xiàn)因溫度引起的應(yīng)力裂縫，該裂縫通常為貫穿裂縫，造成閘壩滲水、漏水，嚴(yán)重影響水工建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，水利工程大體積混凝土施工過程中的溫度控制尤為重要，直接影響混凝土質(zhì)量和整個(gè)工程施工質(zhì)量。

1.工程概況

該水庫位于河北省境內(nèi)，控制流域面積755km2，總庫容3.86億m3。此次除險(xiǎn)加固為新建溢洪道5孔閘，單孔凈寬12.5m，閘室長24m，混凝土采用C30W6F200。堰體為階梯狀，堰體混凝土高度最高4.9m、最低1.7m,單倉最小澆筑量1700m3、最大澆筑量2500m3，均為大體積混凝土。

2.混凝土溫控指標(biāo)

2.1 一般要求

混凝土入倉溫度最高不超過25℃，混凝土內(nèi)外容許溫差不超過24℃，混凝土溫度與循環(huán)冷卻水水溫之差不應(yīng)超過25℃，降溫水的水流方向每24h調(diào)換一次，混凝土內(nèi)部日降溫不應(yīng)超過1℃，管中水流速度控制在0.6m/s～0.7m/s。

2.2 水化熱熱量計(jì)算

工程采用低熱水泥，水泥進(jìn)場后進(jìn)行水化熱檢測，經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)：3d水化熱231J/g、7d水化熱280J/g。根據(jù)工程使用的配合比，每立方米C30W6F200混凝土使用水泥量336kg，每立方米混凝土3d水化熱Q1=336×1000×231=77616×103J/m3。

2.3 冷卻水流速計(jì)算

混凝土澆筑完成后，經(jīng)測量3天混凝土溫度可達(dá)最高，該階段需全程通水降溫，為確保降溫效果循環(huán)水進(jìn)出水口溫度差以2℃為最佳，通水過程中調(diào)節(jié)水流速度，以達(dá)到最佳控溫效果。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，采用DN25鋼管（內(nèi)徑30mm），鋼管布設(shè)間距3m×3m，每米鋼管可調(diào)節(jié)9m3混凝土的溫度。水流速度計(jì)算如下：

式中：

Q1—每方混凝土3d水化熱能量值，為77616×103J/m3；

T0—環(huán)境溫度，取值30℃；

T1—混凝土內(nèi)外容許溫差，取值24℃；

T2—混凝土入倉溫度，取值20℃；

C1—混凝土比熱容，取值970J/（kg·k）；

ρ1—混凝土密度，取值2350kg/m3；

C2—水 比 熱 容，取 值4.2×103J/（kg·℃）；

T水—冷卻水的進(jìn)、出水口溫差，控制值2℃。

經(jīng)計(jì)算：V≈0.66m/s，符合設(shè)計(jì)要求。

2.4 溫控要點(diǎn)掌握

通過控制原材及拌合用水溫度，從而控制混凝土出機(jī)口及入倉溫度。采用循環(huán)冷卻水對(duì)混凝土進(jìn)行物理降溫，并嚴(yán)格控制循環(huán)水的進(jìn)出口水溫和水流速度，控制混凝土反應(yīng)過程中的溫度。

3.施工過程

3.1 工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放線→鋼筋、模板制安→冷卻水管安裝→混凝土施工→冷卻水降溫及混凝土養(yǎng)護(hù)

3.2 施工準(zhǔn)備

為保證循環(huán)冷卻水的降溫效果，在作業(yè)面附近采用PVC防水帆布和鋼管搭設(shè)10m×10m×2m的簡易無蓋水池，水源采用水庫水，排出的降溫水一部分循環(huán)回流至水池，另一部分用于混凝土養(yǎng)護(hù)用水，循環(huán)水采用2寸水泵進(jìn)行循環(huán)?；炷羶?nèi)部采用電子測溫儀，內(nèi)部測溫將探頭埋置于混凝土外露面1.5m位置和結(jié)構(gòu)中心，表面測溫將探頭埋置于鋼筋層位置。

3.3 鋼筋、模板制安

鋼筋制安時(shí)，將測量混凝土表面溫度的測溫探頭，安裝在鋼筋骨架外側(cè)接近表面位置。模板均采用鋼模板，墩頭部分采用定型鋼模板，其他部位采用90cm×150cm散裝鋼模板拼裝，模板內(nèi)側(cè)安裝一個(gè)測溫探頭，用于測量模板拆除前混凝土表面溫度。

3.4 冷卻水管安裝

冷卻水管采用導(dǎo)熱性良好的DN25鋼管，間距3m×3m，蛇形布置，最外側(cè)鋼管與混凝土外露面間距1.5m，鋼管全部采用鋼筋焊接固定。新澆筑倉面單獨(dú)通水，后期根據(jù)混凝土溫度可進(jìn)行串聯(lián)通水。為保證24h變換一次水流方向，將管道制作成“T”型結(jié)構(gòu)，采用閥門控制水流方向，順時(shí)針?biāo)饕妶D1，逆時(shí)針?biāo)饕妶D2。

圖1 順時(shí)針?biāo)?

圖2 逆時(shí)針?biāo)?/p>

3.5 混凝土施工

拌合、運(yùn)輸?；炷敛捎蒙唐坊炷?，配合比采用第三方實(shí)驗(yàn)室出具的配合比進(jìn)行配料拌合，混凝土拌和執(zhí)行SL677的相關(guān)要求，混凝土出站前，對(duì)其和易性、坍落度、溫度等指標(biāo)進(jìn)行出機(jī)口檢測并記錄，確保混凝土各項(xiàng)性能符合設(shè)計(jì)要求?；炷敛捎没炷翑嚢柽\(yùn)輸車運(yùn)至施工現(xiàn)場?；炷林翝仓尚腿^程，不得隨意加水。

澆筑?；炷吝\(yùn)至現(xiàn)場后，根據(jù)SL677的相關(guān)要求進(jìn)行入倉前檢測，其中混凝土入倉溫度嚴(yán)格控制不高于25℃。在高溫季節(jié)施工時(shí)，采用噴霧裝置對(duì)澆筑倉面進(jìn)行預(yù)降溫。

混凝土澆筑采用泵送入倉臺(tái)階法分層布料，即先澆筑最低點(diǎn)，待倉面齊平后，從下游向上游澆筑，邊前進(jìn)邊加高，逐層向前推進(jìn)，每層厚度控制在30cm左右，采用70型振搗棒振搗密實(shí)，以混凝土表面泛漿且不冒氣泡為宜，嚴(yán)謹(jǐn)漏振、欠振或超振，同時(shí)在振搗過程中，控制振搗棒距離冷卻水管、模板不小于50cm，嚴(yán)禁擾動(dòng)冷卻水管和模板。

3.6 冷卻水降溫及混凝土養(yǎng)護(hù)

冷卻水降溫。澆筑完成后，立即測量氣溫、混凝土內(nèi)部及表面溫度，若溫差超過24℃需立即通水，原則上待混凝土澆筑完后，開始通水降溫。冬季施工時(shí)，待混凝土終凝后開始通水。通水過程中，每天測量冷卻水溫度和混凝土內(nèi)外溫度并記錄，測量頻次約4h/次。冷卻水流速控制在0.6m/s～0.7m/s,水流方向每24h調(diào)換1次，日降溫控制不超過1℃/天。

當(dāng)混凝土溫度與水溫≤25℃，且日降溫≤1℃/天，可采用循環(huán)水養(yǎng)護(hù)混凝土，并適當(dāng)向水池中補(bǔ)注冷水，保證冷卻水水源充足。當(dāng)混凝土溫度與水溫＞25℃，但日降溫≤1℃/天，禁止使用循環(huán)水養(yǎng)護(hù)混凝土，并減少向水池中補(bǔ)注冷水。當(dāng)混凝土溫度與水溫≤25℃，但日降溫＞1℃/天時(shí)，減少循環(huán)水養(yǎng)護(hù)混凝土，并減少向水池中補(bǔ)注冷水，適當(dāng)降低水速。當(dāng)混凝土溫度與水溫＞25℃，且日降溫＞1℃/天時(shí)，停止使用循環(huán)水養(yǎng)護(hù)混凝土，同時(shí)停止向水池中補(bǔ)注冷水，并降低循環(huán)水流速。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫度＞50℃時(shí)，在保證日降溫≤1℃/天的條件下，適當(dāng)增加循環(huán)水流速。當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度降至與同一天最低環(huán)境溫度的溫差＜24℃，且連續(xù)監(jiān)測5天仍為該結(jié)果，可停止循環(huán)水，并繼續(xù)測溫7天，溫差仍保持在設(shè)計(jì)值以內(nèi)，則降溫完成，采用M35砂漿將降溫管封堵。

混凝土養(yǎng)護(hù)與保護(hù)?；炷翝仓瓿珊蟊砻娓采w薄膜并進(jìn)行灑水保濕養(yǎng)護(hù)，溫度較高時(shí)在終凝后開始灑水養(yǎng)護(hù)，灑水次數(shù)以混凝土表面處于潮濕狀態(tài)為準(zhǔn)。養(yǎng)護(hù)水宜選用循環(huán)水，因循環(huán)水溫度接近混凝土內(nèi)外溫度，減小溫差。

4.混凝土溫控技術(shù)要點(diǎn)

4.1 一般要求

混凝土澆筑的縱橫縫設(shè)置、分層厚度及間歇時(shí)間等按設(shè)計(jì)要求和SL677的規(guī)定執(zhí)行。嚴(yán)格控制混凝土入倉溫度，6—8月份混凝土最高溫度≤25℃，其他月份最高溫度≤20℃、最低澆筑溫度≥5℃?；炷羶?nèi)外容許溫差不超過24℃。在齡期28天以上的老混凝土面上施工時(shí)，新老混凝土允許溫差不超過18℃。連續(xù)5天混凝土內(nèi)部溫度與同天最低氣溫小于24℃時(shí)，可停止循環(huán)水降溫。

4.2 高溫季節(jié)溫控措施

4.2.1 混凝土拌和

骨料降溫：搭設(shè)遮陽棚避免骨料被太陽暴曬，增加儲(chǔ)料量保證骨料的堆高超過6m，同時(shí)延長骨料堆存時(shí)間，如果氣溫過高，以上措施不能滿足要求時(shí)，采用噴霧降溫或添加碎冰塊降低粗骨料溫度，細(xì)骨料采用冷氣降溫。

拌和水降溫：拌合水中添加碎冰屑，條件允許時(shí)也使用溫度低的地下水，同時(shí)拌合用水的儲(chǔ)水箱放置在涼棚中或搭設(shè)遮陽棚，并采用保溫被包裹水箱和輸水管進(jìn)行隔熱，氣溫過高時(shí)采用制冷機(jī)對(duì)拌和水降溫。

摻加外加劑：采用減水劑減少拌合水用量，以降低混凝土早期水化熱。

設(shè)備降溫：拌合系統(tǒng)均搭設(shè)遮陽棚，避免陽光直射造成設(shè)備溫度過高，同時(shí)混凝土施工盡量選擇在一天氣溫較低的時(shí)間段進(jìn)行。

4.2.2 混凝土運(yùn)輸

混凝土攪拌運(yùn)輸車停放在遮陽棚內(nèi)以降低罐體溫度，在使用前采用冷水沖洗罐體進(jìn)行降溫，對(duì)施工路線進(jìn)行日常維護(hù)，確保運(yùn)輸線路暢通，縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間。

4.2.3 混凝土澆筑

盡量避開高溫時(shí)段施工，宜選擇每天16時(shí)—次日10時(shí)。混凝土澆筑前采用噴霧措施降低倉面溫度，但需保證倉面無積水，可對(duì)鋼模板外側(cè)灑水降溫。混凝土入倉后立即進(jìn)行平倉，盡快覆蓋上層混凝土，縮短混凝土在空氣中的暴露時(shí)間，以最短時(shí)間澆筑成型。混凝土澆筑完成后，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)采用循環(huán)冷卻水對(duì)混凝土降溫。

4.2.4 混凝土表面養(yǎng)護(hù)

混凝土拆模后，及時(shí)對(duì)已澆混凝土進(jìn)行不間斷灑水養(yǎng)護(hù)，并時(shí)刻保持混凝土面濕潤，使混凝土能良好散熱。

4.3 低溫季節(jié)溫控措施

混凝土低溫季節(jié)施工，由于室外溫度低，主要控制混凝土的內(nèi)外溫差不超過25℃。

4.3.1 砂石骨料儲(chǔ)備

在進(jìn)入低溫季節(jié)施工前提前儲(chǔ)備骨料，并將骨料盡量堆高，增加薄膜覆蓋，砂石骨料進(jìn)場前檢查含水率，防止因含水率大導(dǎo)致骨料受凍影響混凝土質(zhì)量。

4.3.2 混凝土澆筑準(zhǔn)備

混凝土施工前提前將加熱器具、保溫材料等準(zhǔn)備充足，配備足夠的施工人員、施工設(shè)備等，對(duì)參與冬季施工的機(jī)具（如拌合樓、混凝土運(yùn)輸車、泵車等）進(jìn)行冬季養(yǎng)護(hù)，確保機(jī)械設(shè)備工作正常。

4.3.3 拌合水加熱保溫

首先考慮熱水拌合，采用巖棉包裹儲(chǔ)水箱、供水管道等進(jìn)行保溫，采用加熱棒對(duì)封閉的水箱持續(xù)加熱或采用鍋爐加熱拌合水，儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)溫度計(jì)，用于觀察和調(diào)控水溫，拌合用水溫度控制在60℃左右，水溫超60℃時(shí)需改變投料順序，水溫應(yīng)根據(jù)混凝土入倉溫度適當(dāng)調(diào)整。

4.3.4 混凝土拌制

混凝土拌合前，采用熱水沖洗拌和機(jī)，并將積水或冰塊清除，讓拌合機(jī)提前預(yù)熱?；炷涟柚茣r(shí)間比常溫季節(jié)適當(dāng)延長12s～15s，由試驗(yàn)確定最終時(shí)間，合理調(diào)整投料順序，與材料加熱條件相適應(yīng)。當(dāng)拌合水溫度＞60℃時(shí)，改變投料順序，先將骨料與水拌合，然后加入水泥、粉煤灰、外加劑等材料拌合至規(guī)定時(shí)間，并應(yīng)避免水泥假凝。應(yīng)對(duì)混凝土溫度、和易性經(jīng)常檢測，若偏差較大，需對(duì)拌合過程和材料溫度等進(jìn)行檢測、調(diào)整、改進(jìn)。

4.3.5 運(yùn)輸設(shè)備保溫

采用保溫被包裹混凝土罐車，工作停頓或結(jié)束時(shí)，采用熱水將罐內(nèi)清洗干凈，恢復(fù)作業(yè)時(shí)預(yù)先加熱罐體。隨時(shí)維護(hù)施工路，確保道路暢通，以縮短運(yùn)輸時(shí)間，減少混凝土在運(yùn)輸過程中散熱。

4.3.6 新澆混凝土覆蓋

混凝土施工完成后，及時(shí)采用草簾、棉被等進(jìn)行覆蓋保溫避免新澆混凝土受凍，立面模板外側(cè)懸掛保溫被，并增設(shè)擋風(fēng)保溫措施。

4.3.7 延長拆模時(shí)間

在低溫季節(jié)澆筑的混凝土，當(dāng)遇到氣溫驟降時(shí)推遲拆模時(shí)間，延長覆蓋保溫時(shí)間。

5.結(jié)語

工程通過對(duì)混凝土原材料、拌合、澆筑、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)實(shí)施的一系列溫控措施，有效降低了大體積混凝土因膠凝材料的水化反應(yīng)造成的混凝土內(nèi)外溫差大，減少了因混凝土內(nèi)外溫差大產(chǎn)生的應(yīng)力裂縫。此項(xiàng)目所實(shí)施的溫控措施達(dá)到了預(yù)期效果，保證了混凝土施工質(zhì)量。□