泵站大體積混凝土溫控防裂技術(shù)研究

陳 政

(安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 230088)

近幾年，建筑行業(yè)的快速發(fā)展，使得大量具有劃時(shí)代以及里程碑意義的混凝土基建項(xiàng)目坐落于我國(guó)各地。在水利工程項(xiàng)目當(dāng)中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工實(shí)現(xiàn)了廣泛的運(yùn)用，能夠確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)在其運(yùn)行全周期內(nèi)更加可靠地運(yùn)作，已經(jīng)成為這一領(lǐng)域研究人員重點(diǎn)研究的話題，同時(shí)對(duì)于混凝土裂縫問(wèn)題的研究也已經(jīng)成為了學(xué)術(shù)界和工程界未來(lái)主要研究的方向。大體積混凝土的溫度應(yīng)力效應(yīng)的產(chǎn)生，是造成混凝土結(jié)構(gòu)早期出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題的原因之一[1]。在初期階段，混凝土?xí)l(fā)生水化作用，水化熱隨混凝土等級(jí)的增加而加劇。溫度荷載是混凝土初凝期的主要載荷條件之一，它是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的重要因素。只有在施工期對(duì)混凝土溫度進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，采用科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方法，才能最大限度地降低混凝土的開(kāi)裂，使其在特定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大限度[2]。

基于此，本文將以樅陽(yáng)引江樞紐水利工程項(xiàng)目為例，針對(duì)該工程內(nèi)泵站大體積混凝土的溫控防裂技術(shù)展開(kāi)研究。

1 工程概況

樅陽(yáng)引江樞紐水利工程項(xiàng)目中，泵站長(zhǎng)江側(cè)引渠底寬53.6m，高程為-0.30m；前池連接泵室與引水渠，采用正向進(jìn)、出水，由渠底高程-0.3m以斜坡接至泵站底板高程-5.43m。前池順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)55.92m，底寬度為53.6m。兩側(cè)連接段根據(jù)擋土高度分別采用鋼筋混凝土空箱式和扶壁擋墻[3]。泵站為堤身式塊基型泵站，兩側(cè)采用引堤與廣濟(jì)圩江堤連接，共同防御長(zhǎng)江兩側(cè)洪水。根據(jù)泵站引水和排水方向不同，泵站具有雙向進(jìn)水和雙向出水功能。泵房順?biāo)飨蜷L(zhǎng)36.8m，包括中間廠房段和上、下游閘門(mén)控制段[4]。長(zhǎng)江側(cè)閘門(mén)控制段啟閉臺(tái)高程18.35m，菜子湖側(cè)閘門(mén)控制啟閉臺(tái)高程16.35m。站身電機(jī)層以下為墩墻結(jié)構(gòu)，以上采用墩墻與框架結(jié)合布置，上部廠房采用框架結(jié)構(gòu)[5]。菜子湖側(cè)前池連接泵室與下游排洪進(jìn)水閘，采用正向進(jìn)、出水，由排洪進(jìn)水閘底高程4.10m以1∶4斜坡接至泵站底板高程-5.43m。前池底寬度在泵站端為53.6m，閘室端為47.0m，順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)70m，中間設(shè)置一道沉降變形縫，底板為0.5m厚的C25鋼筋混凝土，中間設(shè)反濾排水。兩側(cè)連接段采用鋼筋混凝土空箱式擋墻。

2 泵站大體積混凝土溫控防裂

2.1 泵站大體積混凝土保溫處理

針對(duì)上述水利工程項(xiàng)目中的泵站大體積混凝土進(jìn)行溫度控制，首先明確溫控目標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 泵站大體積混凝土溫控目標(biāo) 單位：℃

在明確該工程對(duì)泵站大體積混凝土溫度控制提出的基本要求后，分別針對(duì)上述4個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫與養(yǎng)護(hù)處理。

針對(duì)底板表面進(jìn)行保溫與養(yǎng)護(hù)。在底板混凝土施工后立即直接采用2.0cm橡塑海綿(導(dǎo)熱系數(shù)≤0.034w/m·k)，底板表面等效熱交換系數(shù)不小于8～10kJ/m2·h·℃，采用橡塑海綿。該材料不吸水，具有較好的耐久性和保溫性能，可以兼顧保溫和保濕效果[6]；保溫時(shí)間不得少于30d，盡可能持續(xù)保溫；各層底板收倉(cāng)、收面后，立即采用冷卻水管出口熱水，噴灑底板表面，確保表面濕潤(rùn)后，覆蓋保溫材料；間隔0.5～1d，檢查倉(cāng)面保溫覆蓋情況及倉(cāng)面濕潤(rùn)情況，若倉(cāng)面干燥，則繼續(xù)通入冷卻水管出口熱水，潤(rùn)濕表面[7]。

針對(duì)閘墩拆模前模板進(jìn)行保溫處理。對(duì)于閘墩上下游端部鋼模板，需在外側(cè)嵌貼保溫材料(2.0～3cm厚聚苯乙烯泡沫板)進(jìn)行保溫，帶模養(yǎng)護(hù)至少15d后，于當(dāng)日氣溫最高時(shí)拆模；閘墩側(cè)面采用1.5cm厚木質(zhì)膠合板，等效熱交換系數(shù)20kJ/(m2·h·℃)左右，帶模養(yǎng)護(hù)至少15d，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，盡可能加強(qiáng)早期閘墩側(cè)面保溫，表面等效熱交換系數(shù)不大于10kJ J/(m2·h)；對(duì)于施工由于施工進(jìn)度，必須拆模的縫墩，帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得小于10d，且必須選擇在高溫時(shí)段拆模[8]。拆模和另一半縫墩立模后，可以再將倉(cāng)位上方進(jìn)行覆蓋，倉(cāng)號(hào)內(nèi)形成封閉空間，確?？p墩立模一側(cè)有一定的保溫；泵站上下游采用拉三防布隔風(fēng)墻體，隔風(fēng)布高于施工倉(cāng)面1～2m，以此縮短各層流道內(nèi)部空氣的流通距離，從而達(dá)到控制內(nèi)外溫差的目的。

針對(duì)外邊墻進(jìn)行保溫處理。邊墻混凝土方量較大，若采用木質(zhì)膠合板，則采用1.5cm厚度以上的厚木質(zhì)膠合板；若采用鋼模板，要求施工前在鋼模板外側(cè)肋條框內(nèi)嵌貼保溫材料(2.0～3cm厚聚苯乙烯泡沫板)。要求邊墻外立面在拆模后立即在表面覆蓋2.0cm厚橡塑海綿保溫，避免因內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生表面裂縫；拆模后閘墩外立面采用橡塑海綿對(duì)閘墩外立面進(jìn)行包裹保溫。保溫時(shí)長(zhǎng)不小于30d，盡可能持續(xù)保溫。

針對(duì)上下游縱向隔墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度控制。分析是由于墻體本身四周約束較大，需要進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)電層及安裝層混凝土澆筑分層分塊方式，減小豎向隔墻約束；在隔墻結(jié)構(gòu)的中心位置上，按照間隔距離為1.0m的規(guī)格，設(shè)置1層冷卻水管，并要求水管采用從上到下的排布方式布置，控制縱向隔墻內(nèi)部峰值溫度。

2.2 原材料與施工中的防裂處理

針對(duì)泵站大體積混凝土的裂縫問(wèn)題，可從原材料與施工過(guò)程中兩個(gè)方面給出相應(yīng)的防裂措施。在混凝土施工材料當(dāng)中摻入少量粉煤灰，利用其促進(jìn)材料強(qiáng)度的提升，進(jìn)而增加密實(shí)度，縮小收縮變形量[9]。通過(guò)上述處理，能夠有效降低水灰比，并以此達(dá)到延緩水化熱峰值的目的，進(jìn)而提升表層混凝土的強(qiáng)度。因?yàn)樯匙永锩娴哪嗤梁繉?duì)混凝土的拉伸和收縮有很大的影響，因此對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制[10]。根據(jù)本文上述工程項(xiàng)目的施工要求以及施工條件，嚴(yán)格控制砂石材料當(dāng)中的含泥比例，要求含泥量不得超過(guò)1.5%。針對(duì)砂石骨料的粒徑，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇較大規(guī)格，以此能夠有效減少收縮[11]。在對(duì)混凝土施工原材料運(yùn)輸時(shí)，在裝料前需要確保油缸當(dāng)中存在的積水被全部清理干凈。在輸送時(shí)，攪拌桶的旋轉(zhuǎn)速度為1～3r/min，以避免離析，攪拌車(chē)到達(dá)工地卸料之前，攪拌機(jī)要以8～11r/min轉(zhuǎn)動(dòng)1～2min，然后再進(jìn)行反轉(zhuǎn)卸料。

由于底板混凝土用量較大，應(yīng)配備充足的攪拌車(chē)及輸送泵，以保證各施工區(qū)段一次連續(xù)澆筑，并采用分層形式進(jìn)行振搗；由于大體積混凝土需要采用泵送的方式進(jìn)行施工，因此需要及時(shí)聯(lián)絡(luò)組織施工，并做到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的靈活調(diào)度，確保施工質(zhì)量，以此從這一方面避免裂縫結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生[12]。除此之外，還需要盡可能縮短預(yù)拌混凝土材料的運(yùn)輸以及等待的耗時(shí)，以此確?；炷凛斔湍軌蚣皶r(shí)，順利完成對(duì)泵站大體積的混凝土施工工作。

3 溫控防裂效果分析

通過(guò)上述論述，分別對(duì)泵站大體積混凝土的溫控與防裂給出了相應(yīng)的施工處理技術(shù)，為驗(yàn)證上述技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果，在完成施工后，對(duì)上述4個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的最高溫度、基礎(chǔ)溫差、澆筑溫度和內(nèi)外溫差進(jìn)行測(cè)定。將實(shí)際測(cè)定結(jié)果與表1中的標(biāo)準(zhǔn)要求數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)新技術(shù)溫控有效性的檢驗(yàn)。其中最高溫度和澆筑溫度都可直接通過(guò)溫度計(jì)測(cè)量的方式獲得，針對(duì)基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差可通過(guò)下述公式計(jì)算得出，其中基礎(chǔ)溫差的計(jì)算公式為：

Tc=Tmax-Tmin

(1)

式中，Tc—基礎(chǔ)溫差；Tmax—一段時(shí)間內(nèi)的最高溫度；Tmin—一段時(shí)間內(nèi)的最低溫度。內(nèi)外溫差的計(jì)算公式為：

Ts=|Tn-Tw|

(2)

式中，Ts—內(nèi)外溫差；Tn—同一時(shí)刻大體積混凝土內(nèi)部溫度；Tw—同一時(shí)刻大體積混凝土外部溫度。在上述公式基礎(chǔ)上，完成對(duì)4個(gè)溫度參數(shù)的測(cè)量和記錄，并將其與表1中數(shù)據(jù)對(duì)比，得到的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新技術(shù)應(yīng)用后的溫控效果記錄表 單位：℃

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)不同結(jié)構(gòu)的4個(gè)溫度參數(shù)與表1相比均在規(guī)定要求范圍內(nèi)，說(shuō)明采用新技術(shù)后，各個(gè)結(jié)構(gòu)的溫度得到有效控制，達(dá)到了理想的溫控效果。在進(jìn)一步對(duì)防裂效果進(jìn)行分析，計(jì)算應(yīng)用新技術(shù)后泵站大體積混凝土的抗裂相關(guān)系數(shù)：

B=R·C/E·(α·ΔT+G)

(3)

式中，B—大體積混凝土的抗裂相關(guān)系數(shù)；R—大體積混凝土的抗拉強(qiáng)度；C—大體積混凝土徐變；E—大體積混凝土彈性模量；α—大體積混凝土膨脹系數(shù)；ΔT—大體積混凝土溫升；G—大體積混凝土收縮變形量。

根據(jù)上述公式，可計(jì)算得出大體積混凝土的抗裂縫相關(guān)系數(shù)，當(dāng)B取值超過(guò)1時(shí)，則表示大體積混凝土更容易出現(xiàn)裂縫；當(dāng)B取值小于或等于1時(shí)，則表示大體積混凝土上不會(huì)出現(xiàn)裂縫。根據(jù)這一特點(diǎn)，在上述4個(gè)結(jié)構(gòu)上分別選擇一個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其抗裂相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果記錄見(jiàn)表3。

表3 泵站大體積混凝土結(jié)構(gòu)抗裂效果記錄表

從表3中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)結(jié)構(gòu)上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的抗裂相關(guān)系數(shù)均小于1，說(shuō)明這4個(gè)測(cè)點(diǎn)上都不會(huì)產(chǎn)生裂縫。因此，綜合上述分析得出，新技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)泵站大體積混凝土溫度的有效控制，并減少甚至避免結(jié)構(gòu)上裂縫的產(chǎn)生，對(duì)于促進(jìn)泵站整體施工質(zhì)量的提升而言具有一定促進(jìn)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以樅陽(yáng)引江樞紐水利工程項(xiàng)目為例，針對(duì)該項(xiàng)目中的泵站大體積混凝土溫控與防裂技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)研究。對(duì)泵站大體積混凝土可進(jìn)行保溫處理，從原材料與施工過(guò)程兩個(gè)方面提出對(duì)應(yīng)的防裂處理措施。本文提出的泵站大體積混凝土溫控與防裂技術(shù)后，可使泵站大體積混凝土各個(gè)結(jié)構(gòu)的溫度得到有效控制，并且有效避免了結(jié)構(gòu)上裂縫的產(chǎn)生，具有較好的應(yīng)用性能。

但是由于時(shí)間限制，本文的溫控防裂技術(shù)僅應(yīng)用在一個(gè)工程項(xiàng)目中，因此在后續(xù)的研究中，將在更多的水利工程的混凝土施工項(xiàng)目中應(yīng)用本文提出的技術(shù)，不斷完善技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用性能，為后續(xù)其他水利工程施工提供技術(shù)支持。