高溫季節(jié)碾壓混凝土溫控措施

張竟超

(河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院,河南鄭州 450008)

高溫季節(jié)碾壓混凝土溫控措施

張竟超

(河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院,河南鄭州 450008)

碾壓混凝土筑壩技術(shù)由于具有機(jī)械化程度高、工期短、投資省等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各類水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目。為充分發(fā)揮碾壓混凝土連續(xù)、快速施工的特點(diǎn)，在特殊季節(jié)施工必須采取切實(shí)有效的措施，有效控制混凝土內(nèi)外溫差，確保碾壓混凝土的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

碾壓混凝土 高溫季節(jié) 施工 溫控措施

1 概論

碾壓混凝土筑壩技術(shù)是最近三十年來發(fā)展起來的一項(xiàng)筑壩新技術(shù)。碾壓混凝土最早于1960年作為防滲體材料在我國臺(tái)灣石門壩的圍堰上使用。1978年9月，日本開始修建世界上第一座用碾壓混凝土筑壩的島地川壩(壩高89m)，1980年建成，開創(chuàng)了人類用碾壓混凝土筑壩的里程碑。我國對(duì)碾壓混凝土筑壩技術(shù)的研究始于1978年，1983年至1985年分別在銅街子工程和沙溪口工程中做了碾壓混凝土局部應(yīng)用試驗(yàn)，1986年建成了我國第一座碾壓混凝土壩一福建省大田縣坑口壩(高56．8m)”。

由于碾壓混凝土筑壩技術(shù)具有機(jī)械化程度高、工期短、投資省等特點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于水電水利工程。經(jīng)過近30年的研究和應(yīng)用實(shí)踐，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在我國獲得了迅速的發(fā)展，目前，我國己建和在建碾壓混凝土壩100余座，其中百米以上高壩20多座，約占60%，最高壩高達(dá)200米，涉及重力壩、重力拱壩、雙曲拱壩等多種壩型，在建壩工程規(guī)模和建壩技術(shù)方面有重大發(fā)展，其數(shù)量和規(guī)模均居世界之首，我國碾壓砼筑壩工程和筑壩技術(shù)實(shí)際上已處于領(lǐng)先地位。

2 碾壓混凝土壩的特點(diǎn)

碾壓混凝土是一種干硬性貧水泥的混凝土，使用硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)摻和料、水、外加劑、砂和分級(jí)控制的粗骨料拌制成無塌落度的干硬性混凝土，采用與土石壩施工相同的運(yùn)輸及鋪筑設(shè)備，薄層攤鋪，振動(dòng)碾壓，逐層填筑。碾壓混凝土壩既具有混凝土體積小、強(qiáng)度高、防滲性能好、壩身可溢流等特點(diǎn)，又具有土石壩施工程序簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)、可使用大型通用機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)。

碾壓混凝土筑壩是一種節(jié)能環(huán)保型筑壩技術(shù)。表現(xiàn)在大量摻用粉煤灰，用廢棄礦渣料作為膠凝材料，節(jié)省水泥用量，不設(shè)縱縫的大倉面施工，節(jié)省分縫模板和灌漿整套工程量。混凝土的單位設(shè)備投入比重小，單位能耗低等，充分體現(xiàn)快速和優(yōu)質(zhì)。

3 高溫季節(jié)碾壓混凝土溫度控制措施

碾壓混凝土是一種干硬性混凝土，采用通倉薄層連續(xù)施工，較常態(tài)混凝土更易受到外界溫度、相對(duì)濕度、氣象等因素的影響。特殊季節(jié)(低溫、高溫)施工碾壓混凝土，對(duì)于碾壓混凝士筑壩技術(shù)兩言，具有相當(dāng)大的意義。根據(jù)碾壓混凝土施工規(guī)范，當(dāng)日平均氣溫高于25℃或低于3℃時(shí)，施工碾壓混凝土應(yīng)采取專門措施，根據(jù)以往的許多工程經(jīng)驗(yàn)，大都采取了高溫季節(jié)與低溫季節(jié)停止施工碾壓混凝±的方法，這樣一來，客觀上嚴(yán)重制約了碾壓混凝土筑壩技術(shù)的發(fā)展前進(jìn)，也一定程度上失去了碾壓混凝土快速施工這一優(yōu)勢(shì)。為充分發(fā)揮碾壓混凝土連續(xù)、快速施工的特點(diǎn)，在特殊季節(jié)施工碾壓混凝土，必須采取切實(shí)有效的措施，有效控制混凝土內(nèi)外溫差，確保碾壓混凝土的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度。

本文通過對(duì)石漫灘水庫大壩、金安橋水電站大壩、巴基斯坦高摩贊大壩、周寧水電站大壩、龍首水電站大壩、沙陀水電站大壩、三里坪大壩等溫控措施的研究，對(duì)常用的溫控措施進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)。

在高溫天氣進(jìn)行混凝土施工時(shí)，由于受高氣溫、強(qiáng)烈日曬、蒸發(fā)等多種因素影響，需從混凝土原材料、拌合、運(yùn)輸、碾壓、養(yǎng)護(hù)及施工工藝上采取一系列的降溫防護(hù)措施，才能達(dá)到設(shè)計(jì)的澆筑溫度指標(biāo)，嚴(yán)防因內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生表面裂縫。

3.1 優(yōu)化混凝土原材料及配合比

在原材料選擇時(shí)，采用發(fā)熱量較低的水泥和減少單位水泥用量，這是降低混凝土水熱溫升的最有效措施。在施工配合比設(shè)計(jì)中，摻入粉煤灰不但能減少單位混凝土中的水泥用量，還有利于防裂，應(yīng)優(yōu)先選用需水量≤90%的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。高摻粉煤灰和磷礦渣、高溫型高效緩凝減水劑，以減少混凝土的水化熱溫升。高效緩凝減水劑具有延遲水泥水化反應(yīng)的作用，從而可以消減水泥水化熱峰值，推遲水泥的水泥水化熱峰值時(shí)間，降低前期的水化熱。大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)是碾壓混凝土高溫季節(jié)連續(xù)施工的關(guān)鍵措施。

3.2 降低混凝土原材料的拌和溫度

高溫季節(jié)為了盡可能降低大壩混凝土的出機(jī)口溫度，通常采取降低混凝土原材料的拌和溫度。為降低混凝土澆筑溫度，骨料的堆存、運(yùn)輸均設(shè)保溫設(shè)施。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，常采取的溫控措施主要有：

(1)骨料堆存高度不低于6m，成品料堆、骨料罐需搭蓋防曬棚，以避免陽光直射。骨料及膠凝材料保溫防曬，在配料倉、拌和樓及各種上料皮帶架上均設(shè)一層保溫材料(與冬季保溫材料共用)；在水泥罐、粉煤灰罐外側(cè)用竹簾、保溫被等搭設(shè)防曬棚。工程實(shí)測(cè)資料顯示，搭設(shè)骨料防曬棚后，骨料溫度較搭設(shè)前可降低3～4℃。

(2)砂石篩分系統(tǒng)采用搭設(shè)成品料堆防曬棚，以及大骨料噴淋降溫等措施，可綜合降低粗骨料溫度5～8℃，相當(dāng)于降低混凝土出機(jī)溫度3℃左右。

(3)混凝土拌和樓應(yīng)配有骨料預(yù)冷系統(tǒng)，采用冷卻水、加冰拌制低溫混凝土，同時(shí)用冷水溶化外加劑。

(4)骨料運(yùn)輸過程中所有運(yùn)輸設(shè)施設(shè)置防曬隔熱設(shè)施，并盡可能在早、晚或夜間運(yùn)輸骨料。

3.3 混凝土運(yùn)輸過程中的溫度控制

為防止拌和后的碾壓混凝土在運(yùn)輸過程中溫度升高，通常采取以下控制措施：

(1)在混凝土運(yùn)輸車和皮帶機(jī)上設(shè)置防曬、防雨篷布等，車的側(cè)壁要隔熱，防止運(yùn)輸過程中陽光直射混凝土料，使混凝±料產(chǎn)生溫度升高。

(2)在拌和樓對(duì)運(yùn)輸車輛車廂進(jìn)行噴霧冷卻后再運(yùn)輸混凝土。

(3)禁止采用尾氣排氣管設(shè)于車廂的汽車運(yùn)輸混凝土。

(4)澆筑方案選擇和施工布置設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少運(yùn)輸距離，避免多次倒運(yùn)。

3.4 倉面混凝土作業(yè)溫控措旌

碾壓混凝土的主要特點(diǎn)是要求施工速度快，這不僅在質(zhì)量控制上起著重要作用，且在溫度控制上有著重要意義。碾壓混凝土大壩碾壓層面多而薄，快速施工的目的就是在下層碾壓混凝土初凝之前，上層碾壓混凝土必須碾壓完畢，從而使層間混凝土能夠達(dá)到良好的層面結(jié)合效果。

(1)倉面采取噴霧降溫與混凝土面覆蓋結(jié)合的方式，減少碾壓混凝土層問允許間隔時(shí)間內(nèi)由于陽光直射熱量倒灌產(chǎn)生的溫度升高。

(2)合理規(guī)劃碾壓混凝土倉面的攤鋪面積。根據(jù)混凝土的拌和能力、倉面攤鋪、碾壓能力等因素，需合理規(guī)劃碾壓混凝土倉面的攤鋪面積。

(3)高溫季節(jié)施工的碾壓混凝土，采取強(qiáng)制冷卻降溫。在混凝土內(nèi)根據(jù)不同壩型，按層高、間距設(shè)計(jì)埋設(shè)冷卻水管并通水降溫。

(4)碾壓混凝土施工采用分層間隙上升，層間間隙期內(nèi)，混凝土表面采用養(yǎng)護(hù)水漫流養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)表面散熱。

(5)快速碾壓施工。碾壓混凝土快速施工是一個(gè)系統(tǒng)工程，拌和樓生產(chǎn)、運(yùn)輸、入倉到倉面施工“一條龍”要相互銜接好，同時(shí)要加強(qiáng)倉面施工管理，避免出現(xiàn)澆筑中斷、運(yùn)輸車輛在人倉口排隊(duì)等候入倉現(xiàn)象，減少冷卻水管鋪設(shè)、壓實(shí)度檢測(cè)等占?jí)簳r(shí)間，同時(shí)根據(jù)外界環(huán)境溫度，動(dòng)態(tài)調(diào)整混凝土的VC值，確保碾壓混凝土的快速施工及碾壓效果。

3.5 其他溫控措施

(1)合理利用施工時(shí)段。避開高溫時(shí)段澆筑，盡量避免在白天高溫時(shí)段澆筑混凝土，充分利用早晚和夜間低溫時(shí)段及陰天澆筑，以減少混凝土在運(yùn)輸和倉面上的溫度回升。

(2)鋪設(shè)冷卻水管及時(shí)通水冷卻。在混凝土中埋設(shè)冷卻水管，進(jìn)行通水冷卻，以削減水化熱溫升，確?；炷磷罡邷囟炔怀^設(shè)計(jì)允許的溫度及減小壩體內(nèi)外溫度梯度。

(3)選用合理的澆筑層厚和控制澆筑層的間歇期。碾壓混凝土應(yīng)采用大倉面薄層連續(xù)短間歇澆筑。本工程碾壓混凝土澆筑層厚3 m，間歇期5～7d；若采間歇期縮短，則需增加冷卻水管密度，縮短水平間距。

(4)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)。碾壓混凝土因水泥用量少，摻有大量粉煤灰，其水化熱反應(yīng)較慢，早期強(qiáng)度較低。因此，應(yīng)十分注意其養(yǎng)護(hù)工作，混凝土收倉終凝后即應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，平面養(yǎng)護(hù)至上一層混凝土開始澆筑為止，側(cè)面養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d，養(yǎng)護(hù)方式以噴霧或流水為主。

(5)制定溫控標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)。制定各環(huán)節(jié)溫控標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)過程監(jiān)控。如：在澆筑塊內(nèi)部溫度可根據(jù)混凝土內(nèi)部埋設(shè)的測(cè)溫儀器(測(cè)溫計(jì)、測(cè)溫光纜)，定期進(jìn)行內(nèi)部溫度測(cè)量。研究不同的溫控措施對(duì)壩體溫度和應(yīng)力的影響，制定出不同部位和不同季節(jié)的溫控措施。

4 結(jié)語

溫控措施是碾壓混凝土施工的一項(xiàng)極為重要的工作，所有的溫控措施都是為了保證碾壓混凝土層面結(jié)合良好及防止產(chǎn)生溫度裂縫，溫控設(shè)計(jì)中的重要控制指標(biāo)是壩體混凝土的內(nèi)外溫差，各項(xiàng)溫控措施都是為了保證壩體混凝土的內(nèi)外溫差及溫升過程滿足設(shè)計(jì)要求。

由于不同工程的地理位置、氣候條件、施工條件、運(yùn)用要求等各不相同，在進(jìn)行溫控措施設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合工程自身特點(diǎn)研究相應(yīng)對(duì)策，以滿足整體工程的設(shè)計(jì)目標(biāo)。例如：龍灘水電站地處亞熱帶，高溫季節(jié)持續(xù)時(shí)間長，通過對(duì)全斷面碾壓混凝土壩進(jìn)行溫控仿真研究，分析不同溫控措施下的溫度及溫度應(yīng)力狀況，提出了切實(shí)可行的溫控措施，實(shí)現(xiàn)了大壩提前峻工，提前發(fā)電的目標(biāo)。

[1]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].中國電力出版社,1999(3)．

[2]潘家錚.水工建筑物的溫度控制[M].水利電力出版社,1990.11.

[3]賀金仁,朱岳明等.龍灘碾壓混凝士重力壩的溫控防裂研究[J].紅水河,2003.1.

[4]朱岳明,賀金仁,劉勇軍.龍灘高碾壓混凝土重力壩夏季不同澆筑溫度時(shí)的溫控防裂研究[J].水力發(fā)電,2002.12．

[5]張超然,王忠誠等.三峽水利樞紐混凝土工程溫度控制研究[M].中國水利電力出版社,2001.1．

[6]張鏡劍.碾壓混凝土壩的歷史、現(xiàn)狀和趨勢(shì).華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)[J],2000(3)．

[7]丁寶瑛混凝土壩溫度控制設(shè)計(jì)的優(yōu)化[J].水力學(xué)報(bào),1982(1)．

[8]李麗.碾壓混凝土筑壩技術(shù)在世界的發(fā)展.中國水利[J],2000(10)．

[9]王松春.中國碾壓混凝土筑壩技術(shù)及其發(fā)展.水利水電科技進(jìn)展[J],2001(4).

張竟超(1972-),河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院教務(wù)處長,水利工程碩士,主要研究方向水利工程、職業(yè)教育。