探討船閘工程大體積混凝土的施工溫度控制技術(shù)

李曉玲

（貴州遠航交通工程有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

大體積混凝土是船閘工程中的一種主要結(jié)構(gòu)，它在閘首、閘室等主要部位的施工中得到了廣泛的應(yīng)用。大體積混凝土中的配筋數(shù)量相對其他結(jié)構(gòu)件比較少，在溫度應(yīng)力作用下，更容易受到破壞[1-3]。因此在大型混凝土澆筑過程中，閘首、閘室等關(guān)鍵部位的溫度控制技術(shù)是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

1 大體積混凝土施工中常用的溫控技術(shù)

1.1 混凝土原材料的選用與配比的優(yōu)選

選用的混凝土材料必須具有較小的絕熱溫度、較高的抗拉強度、極限抗拉變形性能[4]，因此，必須采取適當?shù)姆椒?，使其自身體積變形應(yīng)為微膨脹或是低收縮，以下是一些具體的措施：

（1）選擇低水化熱的水泥，并盡可能減少單位水泥的使用量。

（2）選擇適當?shù)乃喾N類，在混凝土強度低于C50的情況下，可選用礦渣水泥、粉煤灰水泥；C60級的混凝土，選用52.5級的硅酸鹽水泥或其他高性能的硅酸鹽水泥。

（3）減少水泥的細度，減少混凝土的收縮應(yīng)力。

（4）粗骨料選用自然連續(xù)級配，并以石灰?guī)r、玄武巖、花崗巖等低熱脹率、高極限抗拉強度為加工用母料。

（5）細骨料選擇中粗砂，其中0.315 mm以下的細粒度不宜低于15%，控制為20%是最佳指標量。

（6）最佳配比的原則是：既要達到強度的要求，并降低水泥的用量，增加混凝土的流動性。

1.2 混凝土澆筑程序的合理安排

在大體積混凝土施工中，通常采取分塊澆筑法，以減少內(nèi)外溫差，加速混凝土的散熱。分塊澆筑可分成兩類：分層澆筑和分段跳倉澆。

分層方法可以保證混凝土的熱輻射均勻，且不會出現(xiàn)豎向開裂；分段澆筑是一種適用于混凝土拌制生產(chǎn)能力相對不足，且耐滲透性能要求較低的混凝土結(jié)構(gòu)工程。

1.3 混凝土出料及澆筑溫度的控制

夏季可以在混合物中加冰降低原料溫度，冬季采取原料加熱等措施，來控制入模溫度。

1.4 及時采取保溫保濕措施

保溫養(yǎng)護措施是指保證混凝土澆筑的內(nèi)外溫差、降溫速度，達到溫度控制指標的一系列方案。保溫養(yǎng)護期，應(yīng)按溫度應(yīng)力大小控制，但不宜小于15天，并按分層、分階段進行。

在保溫和養(yǎng)護時，必須在混凝土表面覆蓋一層薄膜，以防止水分流失，并在膜下噴灑水，以保持其濕潤。

1.5 制定應(yīng)對氣候突變的計劃

在大體積混凝土的施工和養(yǎng)護階段，針對明顯的降溫、暴雨、大風(fēng)等天氣，要根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料，采取相應(yīng)的措施，例如準備好防護層、防風(fēng)材料等，防止混凝土的突然升溫或降溫

1.6 埋設(shè)冷卻管道的方法

將冷卻管預(yù)先埋設(shè)在混凝土中，利用冷卻水管道中的水進行交換作用，再發(fā)揮循環(huán)水流的作用，對混凝土內(nèi)部的水化熱進行調(diào)控，降低內(nèi)部的溫度，從而減小內(nèi)外溫差[5]。

2 船閘混凝土施工溫度控制技術(shù)方案

2.1 方案設(shè)計

某船閘項目按照四級通航標準進行設(shè)計，主要結(jié)構(gòu)包括閘首、閘室、導(dǎo)航墻、導(dǎo)流通道等；附屬結(jié)構(gòu)包括靠船墩、輔道、連接線等項目。閘頭為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，閘門寬為12 m，上閘高20 m，寬24 m，邊墩頂部標高30.0 m，門檻頂標高16.13 m，總高19 m；下閘高21 m，寬24 m，邊墩高29.97 m，門檻高14.0 m，高

19.27 m。

該船閘為預(yù)應(yīng)力混凝土船塢結(jié)構(gòu)，其凈寬度為12 m，邊壁標高29.5 m，底板頂高14.0 m，底板寬度2.2 m，總高16.7 m。閘頭門為鋼結(jié)構(gòu)人字門，閘門為鋼平板門，檢修門為鋼浮箱。閘門及閥門的開閉全部由液壓動力驅(qū)動，并由PLC進行編程。

2.2 施工條件

項目所處的區(qū)域具有明顯的四季特征，年平均溫度為15.1 ℃，降水相對較少。交通方便，建材的運輸主要以公路為主，水路為輔。該項目位于縣城附近，供水、供電均可從縣區(qū)內(nèi)直接導(dǎo)入。目前，該項目的主要基坑和引水渠已經(jīng)開挖完畢，所有的混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)在基坑內(nèi)進行了立模，進入了現(xiàn)澆施工階段。

2.3 溫控目標

大體積混凝土的持續(xù)澆灌、凝結(jié)硬化，其水化反應(yīng)會產(chǎn)生大量的水化熱。而表層的熱量會更快的散失，從而在混凝土的內(nèi)部和表面產(chǎn)生更大的溫度差。由于混凝土內(nèi)外溫度變化、氣候變化等環(huán)境條件的影響，使混凝土產(chǎn)生溫度和溫度應(yīng)力的不均勻性，在混凝土的局部應(yīng)力比混凝土的瞬時抗拉強度大的情況下，會使混凝土內(nèi)外表面產(chǎn)生裂縫[6-7]。

溫度裂縫是混凝土早期開裂的主要因素，其破壞程度一般為貫穿性，對結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、完整性、耐久性等都有很大的影響。

結(jié)構(gòu)體在任意時刻和任意斷面上，兩個點的溫差控制指標為20 ℃，最大不能超過25 ℃，冷卻速度也應(yīng)控制在3 ℃/d以下；原材料的入模溫度應(yīng)控制在低于25 ℃，高溫天氣不宜高于28 ℃。

2.4 施工過程溫控措施

2.4.1 底板施工過程溫控措施

（1）減少水泥水化熱：1）選擇低水化熱或中等水化熱的水泥；2）采用粗集料，選擇粗砂、二次混合，并加入粉煤灰改良混合料，以提高和易性；從而減少水泥用量，降低水化熱量。

（2）降低混凝土的入模溫度：1）在高溫天氣下進行混凝土澆筑，應(yīng)在當天的低溫期進行施工；2）高溫天氣，采用低溫混合料，降低混凝土入模溫度；3）采用水平運輸?shù)姆绞剑ㄟ^輸送管將水泥熟料直接送至倉面，并噴灑水冷卻碎石；4）使用NF1緩凝型高效減水劑，可以有效地減少混凝土的初凝時間。

（3）強化施工中的溫度控制：1）混凝土澆筑后進行潤濕養(yǎng)護，緩慢冷卻，使徐變性能得到最大程度的發(fā)揮；降低溫度應(yīng)力，防止暴曬；2）采用延長養(yǎng)護期的措施，在混凝土終凝狀態(tài)后，用土工布覆蓋在表層，進行噴灑養(yǎng)護；3）在結(jié)構(gòu)體澆筑前的模板內(nèi)上，分層設(shè)置冷卻水管道及溫控裝置，并依據(jù)埋設(shè)的溫度監(jiān)控設(shè)備，掌控結(jié)構(gòu)體內(nèi)外溫差情況，來決定通水時間，以降低混凝土內(nèi)溫，預(yù)防裂縫?；炷翝仓螅瑢⒗渌⑷肜鋮s水循環(huán)鋼管內(nèi)，能快速地將水化熱量從混凝土中排出。通過定時調(diào)整進、出水的方向，可以有效降低混凝土的溫度。

（4）混凝土的養(yǎng)護：澆筑后的混凝土，在終凝后進行噴水養(yǎng)護?；炷劣猛凉げ及?，使用自動噴淋系統(tǒng)，潤濕養(yǎng)護，連續(xù)養(yǎng)護時間應(yīng)在14天以上。

2.4.2 閘墻施工過程溫控措施

閘室壁下段仍有較大的厚度，同時也是一種混凝土結(jié)構(gòu)。為了減少混凝土的水化熱，應(yīng)通過改善混凝土的配比、減少水泥用量、采用低發(fā)熱量的水泥等工藝措施，從混凝土內(nèi)部進行散熱。

通過實踐證明，循環(huán)水是一種行之有效的方法，而且工藝成熟、操作便捷。循環(huán)水選用6~8 ℃的深層地下水。在混凝土澆筑后，將冷水注入冷卻水鋼管內(nèi)，形成循環(huán)水，可將混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化熱迅速排出，混凝土的溫度得到有效管控。

2.5 現(xiàn)場溫度監(jiān)測

（1）溫度監(jiān)控裝置：選擇性能穩(wěn)定的測溫元件，用以對各個測點的溫度進行測量。傳感器根據(jù)鋼筋結(jié)構(gòu)的空間布局，進行分層定位和安裝。為了防止在混凝土振動中受損，監(jiān)測系統(tǒng)的導(dǎo)線都應(yīng)做好防護。采用SdT型溫度儀-2型，對其進行溫度監(jiān)測。SdT系列溫度儀可長期用于水工建筑物和其他混凝土建筑物的內(nèi)部溫度的測定，具有長時間的穩(wěn)定性以及良好的防水能力，不受長電纜的影響，完全適用于自動監(jiān)控[8]。

（2）監(jiān)控測量點的設(shè)置：大體積混凝土溫度監(jiān)控的內(nèi)容包括最大溫差、最大升溫、最大降溫速率。其中包括了截面溫度梯度、入模溫度等。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，在基礎(chǔ)底板混凝土中鋪設(shè)5組溫度傳感器，安裝位置見圖1；在閘門混凝土中安裝了兩組溫度傳感器，見圖2。

圖1 下閘首溫度監(jiān)控元件布置圖（單位：mm）

圖2 閘室溫度監(jiān)控元件布置圖（單位：mm）

（3）監(jiān)測頻次，在澆筑和養(yǎng)護過程中，對混凝土體內(nèi)及表面溫度進行24 h不間斷的監(jiān)控。在混凝土澆筑后24 h，每隔2 h測一次溫度，達到最大值后，每隔4 h測一次，連續(xù)3天；3天后，每8 h進行一次監(jiān)控溫度測量，連續(xù)控制7天。對各個測點溫度、最大溫差、最高溫度進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即向施工方報告，并采取相應(yīng)的措施[9]。

2.6 測試數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

在大體積混凝土澆筑全過程中，各溫度測量點的最高溫度沒有超過75 ℃，從而達到了大體積混凝土的溫控要求。

（1）該船閘工程大體積混凝土施工中，同一斷面上多個測溫點在同一時刻的不同測點間的溫度差不大于20 ℃，從而達到了對大體積混凝土施工溫度控制的要求。

（2）在整個船閘工程的大體積混凝土施工中，閘頭和閘室底部的大多數(shù)溫度點的冷卻速度均在3 ℃/d以下，僅有少數(shù)幾個點在混凝土澆筑之前1~2天內(nèi)的冷卻速度在3 ℃/d以上，從現(xiàn)場的情況來看，不會造成大體積混凝土施工中出現(xiàn)裂縫病害[10]。

（3）根據(jù)現(xiàn)場資料的原始記錄，在該船閘工程施工過中，大體積混凝土的入模溫度均低于25 ℃，內(nèi)外溫差均在25 ℃以下，滿足大體積混凝土的施工要求。

（4）通過對船閘工程大體積混凝土溫控數(shù)據(jù)和圖表分析，并結(jié)合現(xiàn)場實踐，采取的溫控措施，滿足了大型混凝土技術(shù)規(guī)范的要求，從而解決了大型船閘大體積混凝土澆搗階段溫度控制的問題。

3 結(jié)論

綜上所述，該文根據(jù)實際情況，對大體積混凝土的溫度裂縫質(zhì)量病害進行了初步的討論與分析，并對其在施工過程中的溫度控制技術(shù)進行了歸納，具體包括：混凝土原料的選擇及混凝土配合比的優(yōu)化；混凝土澆筑程序的合理安排；混凝土出料及澆筑溫度的控制；及時采取保溫保濕措施；制定應(yīng)對氣候突變的計劃；埋設(shè)冷卻管道。通過一系列溫控措施的綜合運用，該項目的大體積混凝土澆筑質(zhì)量合格，沒有出現(xiàn)溫度裂縫等病害。在科技高速發(fā)展的今天，新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)，為提升大體積混凝土施工階段的質(zhì)量管理，可進一步從理論、材料、工藝等方面進行深入的探索。