大體積混凝土施工質(zhì)量管理措施在船閘工程中的應(yīng)用

張劍 中交第四航務(wù)工程局有限公司

1.工程概述及溫控流程

贛江萬安樞紐二線船閘土建工程W1標(biāo)，設(shè)計(jì)等級Ⅲ級，其船閘閘室有效長度180m、有效寬度23m、最小門檻水深4.5m。導(dǎo)航墻及靠船墩等結(jié)構(gòu)按3級建筑物設(shè)計(jì)，上游擋水圍堰、上下閘首、閘室等前緣部分按Ⅰ級建筑物設(shè)計(jì)。根據(jù)工程施工計(jì)劃，在船閘一期圍堰建設(shè)成型且通過質(zhì)量檢驗(yàn)后，安排下閘首基礎(chǔ)的開挖作業(yè)并施作該結(jié)構(gòu)，二期圍堰成型后開挖上游導(dǎo)航墻、進(jìn)水墻、上閘首及閘室范圍基礎(chǔ)并施作該結(jié)構(gòu)。混凝土澆筑屬于工程中的重點(diǎn)施工內(nèi)容，以分區(qū)、分層的方法有序澆筑，最終有效成型，其中單層厚度不超過3.0m。

2.原材料選取和配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 原材料的選取

1）水泥。粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥等均適應(yīng)于大體積混凝土施工中，禁止采用早強(qiáng)水泥。具體至本工程中，選用的是普通硅酸鹽水泥P.O42.5，比表面積控制在300～380m/kg。

2）摻合料。雙摻應(yīng)用S95礦渣粉和Ⅱ級原狀粉煤灰。

3）骨料。級配合理，最大公稱粒徑≤80 mm，采用細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0mm的中砂。在確認(rèn)骨料滿足工程施工要求的前提下，將其置于料倉內(nèi)，采取防曬、防雨等各類防護(hù)措施，以免骨料受到影響。

4）外加劑。減水劑、緩凝劑等均也是水工混凝土施工中常用的外加劑，具體根據(jù)《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5100—2014）和《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 202-2-2014）有關(guān)規(guī)范規(guī)定合理選擇。在本工程中，選用的是緩凝型高性能減水劑，在此方式下混凝土的28d收縮率不超過100%。用量方面以試驗(yàn)的方式確定。

5）水。根據(jù)拌和需求，配套集裝箱式冷水系統(tǒng)，目的在于對拌和用水做冷卻處理，使其溫度不超過5℃。夏季氣溫較高，骨料的溫度相對偏高，在拌和現(xiàn)場配套制冰設(shè)備，以摻入碎冰的方法控制混凝土的出機(jī)溫度，避免混合料溫度過高。根據(jù)原材料的溫度靈活調(diào)整加冰量，控制混合料溫度在許可范圍內(nèi)。

2.2 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

在大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到抗裂性能好、絕熱溫升低的要求，以此為導(dǎo)向合理優(yōu)化配合比。在不影響設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度和正?；炷翝仓那疤嵯?，盡量減少水泥的用量，以此緩解由水泥水化產(chǎn)生的硬化熱現(xiàn)象。同時(shí)，需注重流動(dòng)性、和易性的改善。

以強(qiáng)度等級為C 30 的混凝土為例，膠材用量擬用345k g/m、325kg/m，砂率35～45%，具體的材料使用情況如表1所示。

表1 混凝土膠凝材料組成（單位：kg/m3）

在345kg/m的膠材用量下，出機(jī)溫度和澆筑溫度如表2所示。

表2 C30混凝土出機(jī)溫度

3.大體積混凝土施工控制

3.1 混凝土的質(zhì)量控制

考慮到萬安品質(zhì)工程創(chuàng)建要求，選擇優(yōu)質(zhì)的砂、石等原材料，加強(qiáng)進(jìn)場時(shí)的取樣檢驗(yàn)。例如，在砂石材料的質(zhì)量檢驗(yàn)中，含泥量和含水量均要在規(guī)范規(guī)定的合理限值范圍，以免影響混凝土的性能。然后，依據(jù)配合比精準(zhǔn)稱量原材料并充分拌和，得到均勻性較好的混凝土；拌和時(shí)加強(qiáng)對坍落度的檢測與控制，且定期檢查原材料的質(zhì)量，禁止任何不滿足要求的材料被投入使用。在確?；炷翉?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，適當(dāng)減小其坍落度，降低水的用量與水泥的用量的重量比值（水灰比），使混合料的拌和充分，原材料混合均勻，直至混凝土拌和后不出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

3.2 原材料的溫度控制

1）水泥的溫控。在現(xiàn)場準(zhǔn)備多個(gè)粉料罐，并分別配套噴淋設(shè)施，采取此方法對罐體做噴淋處理，使水泥的溫度下降至合理的區(qū)間內(nèi)。

2）礦物摻合料的溫控。類似的，在現(xiàn)場準(zhǔn)備多個(gè)粉料罐，做充分的冷卻處理。

3）集料的溫控。防曬和噴淋降溫是重要的措施，在料倉搭建隔熱遮陽棚，避免集料因直接暴露在環(huán)境中而升溫；配套噴霧系統(tǒng)用于降溫。在采取多項(xiàng)降溫措施后，使集料在攪拌前的溫度≤31℃。

3.3 運(yùn)輸過程的溫控

裝料前，先在罐體外表包裹土工布，再適量灑水，采取此方法降低溫度。若裝料隊(duì)伍過長，位于后方的車輛先駛向陰涼部位，避免直接暴曬在烈日中。合理規(guī)劃運(yùn)輸路線，盡可能縮短運(yùn)輸距離，道路需具有平整性和暢通性，以便有條不紊地將混凝土運(yùn)送至施工現(xiàn)場。

加強(qiáng)對運(yùn)輸車輛的調(diào)度，及時(shí)運(yùn)輸混凝土，避免車輛長時(shí)間等待卸料。先到場的運(yùn)輸車需要優(yōu)先卸料，盡可能縮短混凝土到場至卸料前的時(shí)間，以免混凝土在此階段出現(xiàn)明顯的溫度上升現(xiàn)象。氣溫較高時(shí)，在卸料場地的周邊設(shè)澆水點(diǎn)，目的在于以淋水的方法降低混凝土的溫度（向運(yùn)輸罐表面淋水）。

3.4 混凝土澆筑的溫控

加強(qiáng)對新拌混凝土的檢查，不可出現(xiàn)坍落度大幅損失、離析、泌水等各類異常狀況，否則不可投入使用。

施工時(shí)，妥善規(guī)劃混凝土澆筑時(shí)間，不宜安排在午間溫度較高時(shí)，且需要提高混凝土的澆筑能力，在不影響澆筑質(zhì)量的前提下縮短混凝土暴露時(shí)間。均勻澆筑，避免局部用料過多或過少。以分層的方式有序攤鋪，對上層進(jìn)行振搗時(shí)適當(dāng)向下層插入（深度達(dá)到50mm及以上），使相鄰兩層穩(wěn)定結(jié)合。

對于澆筑到位且得到振搗處理的混凝土，及時(shí)采取表面覆蓋措施，以免由于氣溫偏高而導(dǎo)致該部分混凝土大幅升溫。澆筑可考慮臺階式澆筑方法，有序進(jìn)行。此外，加強(qiáng)對混凝土表面的檢查，若有泌水現(xiàn)象，盡快采取處理措施。頂層混凝土澆筑完成后，檢查其實(shí)際狀態(tài)，在該部分初凝前將二次振搗、二次抹面工作落實(shí)到位，提高施工質(zhì)量，并在混凝土終凝前采用土工布或薄膜覆蓋保濕的養(yǎng)護(hù)方法。對結(jié)構(gòu)的倉面基底、模板適當(dāng)灑水濕潤，并以噴霧的方法降低或控制澆筑倉面的環(huán)境溫度。

3.5 混凝土最高溫度的控制

混凝土內(nèi)部溫度上升較快，且難以在短時(shí)間內(nèi)降溫，為此采取如下溫度控制措施：在混凝土拌和階段，摻入適量的緩凝劑，以延長混凝土的凝結(jié)時(shí)間；適當(dāng)降低澆筑溫度；以分層的方式有序澆筑，并盡可能保證各層厚度的均勻性。

3.6 混凝土養(yǎng)護(hù)與降溫階段的溫度控制

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告揭示，萬安二線船閘項(xiàng)目所在地屬于亞熱帶濕潤氣候、東亞季風(fēng)區(qū)，多年平均氣溫19.4℃，極端低溫天氣為-6.9℃，極端最高氣溫為40.9℃。根據(jù)現(xiàn)場氣候特征采取如下溫度控制措施，以便混凝土有效成型。

1）遇炎熱、干燥天氣時(shí)：于混凝土側(cè)面設(shè)噴淋系統(tǒng)，以噴水的方法降溫，同時(shí)包裹塑料薄膜，做14d的保濕養(yǎng)護(hù)；同時(shí)，加強(qiáng)對混凝土頂面的溫度控制，鋪設(shè)土工布并灑水，再覆蓋泡沫板，起到保溫的效果，必要時(shí)用淋水設(shè)施適當(dāng)降溫。

2）氣溫下降時(shí)，采取如下溫度控制措施：適當(dāng)延遲模板拆除時(shí)間，參考同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度值，具備拆模條件后隨即安排拆模；覆蓋土工布、棉被，起到保溫的作用。需注重的是豎井段、廊道等部位，其孔口處需用保溫材料做有效的保溫處理，以免溫度在短時(shí)間內(nèi)大幅下降。同時(shí)，部分混凝土結(jié)構(gòu)需回填覆蓋，此時(shí)密切關(guān)注現(xiàn)場條件，盡早安排回填保溫。在混凝土頂面的溫度控制中，先鋪設(shè)一層塑料薄膜，再覆蓋土工布，通過此類措施的落實(shí)，使混凝土的表面始終保持濕潤。

3.7 分層、分塊施工

以分層、分塊的方法有序施工混凝土結(jié)構(gòu)，連續(xù)澆筑時(shí)分層厚度控制在300～500mm，且盡可能保證各層厚度的均勻性。在已澆筑的混凝土上新澆筑時(shí)，為使層間穩(wěn)定結(jié)合，需要縮短層間間歇時(shí)間，具體不大于7d。

為使新舊混凝土穩(wěn)定銜接，先鑿除舊混凝土面的水泥漿和軟弱層，再清理松動(dòng)的粗骨料，按施工縫的要求處理混凝土表面，及時(shí)處理過程中產(chǎn)生的建筑雜物，用水沖洗、清潔干凈，同時(shí)使其保持濕潤的狀態(tài)。材料方面，新澆筑部分首層混凝土要比既有部分高一級標(biāo)號。

4.溫度監(jiān)測

（1）溫度監(jiān)測采用的是高精度的溫度傳感器，要求其測溫范圍達(dá)到-40～125℃，靈敏度0.25℃，精度±0.5℃。

（2）溫度傳感器的精度必須得到保證，為此，在使用前校準(zhǔn)，確認(rèn)無異常后方可投入使用[3]。

（3）根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果判斷混凝土的溫度特性，待其降溫速率不超過2℃/d時(shí)，可停止溫度檢測。

（4）盡可能集中、一次性布置測溫元件的引出線，并對其采取必要的防護(hù)措施?；炷翝仓⒄駬v時(shí)加強(qiáng)防護(hù)，以免測溫元件和引出線受損。

（5）大體積混凝土對溫度的控制要求較高，為滿足溫度檢測要求，預(yù)埋6個(gè)溫度傳感器，并在外部安裝1個(gè)，經(jīng)過檢測后，確定所澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)中心最高溫度、下表面溫度、上表面溫度、內(nèi)表溫差、環(huán)境溫度。定期開展溫度檢測工作，自混凝土澆筑時(shí)開始，以每1h/次的頻率監(jiān)測，并根據(jù)內(nèi)部最高溫度判斷是否具備停止監(jiān)測的條件。以夏季施工為例，該值下降至45℃時(shí)可結(jié)束。

根據(jù)各溫度變化階段合理設(shè)定傳感器的采集頻率：混凝土澆筑開始至降溫開始前2d，按照每1h一次的頻率開展監(jiān)測工作；降溫2d后，每1h一次；隨著時(shí)間的推移，待中心溫度降低至45℃時(shí)可停止溫度監(jiān)測，或是在內(nèi)表溫差、表面與環(huán)境溫差減小至5℃時(shí)也可以結(jié)束溫度監(jiān)測。

4.1 外部溫度的監(jiān)測

外部溫度監(jiān)測對象包含氣溫、水文、混凝土入倉溫度等，監(jiān)測儀器可以選用溫度計(jì)或高精度的紅外線測溫儀，及時(shí)開展監(jiān)測工作，詳細(xì)記錄溫度數(shù)據(jù)。

4.2 內(nèi)部溫度的監(jiān)測

1）在船閘工程的大體積混凝土施工中，因結(jié)構(gòu)高度高，澆筑倉面數(shù)量較多，需要選擇面積大，澆筑方量多的具有代表性的倉面，針對此類部位開展混凝土內(nèi)部溫度測量工作，具體包含閘室閘墻底部、基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)的倉面等部位，對此類代表區(qū)域進(jìn)行溫度監(jiān)測后，判斷混凝土內(nèi)部的溫度，然后預(yù)測其發(fā)展趨勢，采取有效的控制措施，將混凝土內(nèi)部溫度穩(wěn)定、控制在合理的區(qū)間內(nèi)，以免出現(xiàn)混凝土裂縫。

2）實(shí)際測量中，在最大截面中心部位布設(shè)溫度傳感器，數(shù)量以2個(gè)以上為宜，同時(shí)在距中心監(jiān)測點(diǎn)垂直表面5cm下方布設(shè)溫度傳感器。經(jīng)過測量后，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)判斷內(nèi)部混凝土溫度的變化規(guī)律，以便采取有效的溫度控制措施，給內(nèi)部混凝土的成型創(chuàng)設(shè)良好的溫度條件。

4.3 溫度監(jiān)測頻率

澆筑開始至降溫前2d，每1h安排一次監(jiān)測；降溫2d后，頻率調(diào)整為每2h一次；隨著中心溫度的變化，待其降低至45℃以內(nèi)時(shí)，停止溫度監(jiān)測。

4.4 溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的記錄、整理、分析

及時(shí)采集溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)并做完整的記錄，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制圖形，動(dòng)態(tài)判斷溫度的變化趨勢。將傳感器開始接觸混凝土視為數(shù)據(jù)監(jiān)測的起始時(shí)刻，存在異常值時(shí)予以剔除，以免影響到數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范采集數(shù)據(jù)并上傳，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)圍繞施工情況做客觀的評價(jià)，結(jié)合數(shù)據(jù)反饋的混凝土溫度情況靈活調(diào)整施工參數(shù)，必要時(shí)對施工方法做相應(yīng)的優(yōu)化，以便更加合理地施工，確保大體積混凝土的有效成型。

4.5 溫度超出許可范圍時(shí)的控制措施

進(jìn)場水泥的溫度不可超過65℃，若實(shí)測溫度超過該值，需置于陰涼、通風(fēng)的區(qū)域，以便有效降溫，直至實(shí)測溫度在許可范圍內(nèi)為止。此外，混凝土出機(jī)口的溫度檢測與控制尤為關(guān)鍵，要求該值在28℃以內(nèi)，若超出許可范圍，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境采取遮陽、噴淋水等相關(guān)控制措施，實(shí)現(xiàn)對混凝土溫度的控制，直至出機(jī)口的溫度在許可范圍內(nèi)為止，此時(shí)方可出料、運(yùn)輸、澆筑。

5.結(jié)語

在船閘大體積混凝土施工中，溫度控制屬于重要內(nèi)容，原因在于混凝土溫度不合理時(shí)易誘發(fā)裂縫或其他形式的病害。在具體的溫度控制中，需要加強(qiáng)原材料溫度控制、澆筑溫度控制、養(yǎng)護(hù)溫度控制等，全面保證各階段各項(xiàng)溫度參數(shù)的合理性。還需規(guī)范施工，依據(jù)科學(xué)的方法將混凝土拌和、澆筑、養(yǎng)護(hù)等工作落實(shí)到位，最終順利建成船閘結(jié)構(gòu)。