飞来峡枢纽船闸工程大体积混凝土温度控制研究

刘 韧

(广东水电二局股份有限公司，广州 510000)

0 引 言

船闸工程施工中，混凝土的温度控制，对船闸工程施工质量会产生直接的影响。因此，在对船闸工程大体积混凝土的质量进行分析中，重视大体积混凝土的温度控制，对提高船闸工程的施工质量有促进作用。大体积混凝土的刚度、强度以及稳定性等要求，对船闸工程的施工质量控制等会产生直接的影响[1]。在这一背景下，结合船闸工程对大体积混凝土的质量要求，重视对大体积混凝土的温度进行控制你给，可保证船闸工程的综合施工质量与效率。

1 工程概况

飞来峡二、三线船闸混凝土以常态混凝土为主。混凝土总体工程量为574560m3，原则上要求大体积混凝土浇筑避开高温季节，对船闸底板等体积较大的混凝土其浇筑温度和最高温升应满足施工图纸的规定。在现场施工过程中测试出机口的温度从而建立混凝土和浇筑温度之间的关系，为了减少混凝土运输中的温度上升，采取一系列有效措施。

总工程区域在距离船闸主体结构约200m处，距离上下游导墙均在3km范围内。在混凝土材料选择上主要考虑配比设计、实验比、选择抗裂性这几方面，混凝土温度控制措施与结构的设计、材料的选择、施工工艺等多个环节相关。结合实际情况和对混凝土的具体施工浇筑过程、施工分层方法、养护过程、拆模时间、表面保温等方法制定了具体的施工措施。

2 混凝土原材料及配合比设计

2.1 优质的混凝土

2.1.1 水泥原材料选用

有条件的情况下在大面积施工区域应选择混凝土用水泥时，收缩性小或者膨胀性强的水泥的占优势。水泥以散装的水泥为主，袋装的水泥为辅。因为水泥遇水膨胀后将会产生一定的预压应力再慢慢的预压应力抵消掉部分温度徐变应力，从而减少混凝土内部的拉应力，提高混凝土的抗压能力[2]。因此，水泥材料中的MgO含量在3.0%～5.0%，C3A、C3S和C2S含量应分别应该控制在5.0%以内，石膏与C3A的比值大些，50.0%左右和20.0%左右这种材料比例水泥具有长期稳定的微膨胀抗裂能力。

2.1.2 骨料的采用

在选择骨料的时候，膨胀系数小，岩石弹模率低，表面无包裹层及配置良好的骨料应当优先考虑。质感比较粗的骨料含泥量≤1%，泥块儿含量≤0.5%。在抗冻时期含泥量≤0.7%,其中泥块含量≤0.2%。除砂要符合骨料的要求外还应适当的放宽细石粉，这样不仅有利于提高混凝土的作用性，而且也可提高混凝土的密封性、持久性和抗裂性。有研究表明，泥砂中的石粉比例一般在15%～18%之间为宜[3]。粉煤灰的颗粒感与水泥的相当，烧失量小，含硫量和含碱量低，水量比值小，都可以混在凝土中使用。

2.1.3 外加剂的选用

大体积混凝土宜选用缓凝型高效减水剂，其减水率≥18%，其中缓凝成分不应为糖内。掺外加剂的混凝土28d收缩率≤125%。

2.2 配合比值

1)通过凝土的强度等级、持久性及施工工艺的要求，混凝土的配合比更具有原材料的品质。通过计算、试验、调整等步骤选定。

2)混凝土中最小凝胶用量≥300kg/m3，其中水泥用量≥220km/m3。当单独采用混煤灰作为混合材料时，普通硅酸盐水泥混凝土中的掺量不应超过凝胶材料总量的30%，应力混凝土中粉煤灰的混合量不得超过凝胶材料总量的25%。

3)在配合混凝土中抗压性、防渗性、抗裂性都是常规设计指标。在条件允许的情况下试验温度应力机来进行抗裂混凝土配合比值的选择。

4)配合比的设计方案根据原材料的性能及混凝土的技术要求进行初步计算，得出初步配合比；再根据实验室试拌调整，得出基准配合比；经过严格检验后，选出满足设计和施工要求的配合比；配合比值需要根据现场砂石的含水率进行调整，在满足设计要求的前提下尽可能节省资金。

2.3 拌合站的水温控制

夏季施工时候，为控制高标号混凝土的入模温度，除骨料降温外，采用最经济有效的方式就是用低温水(7℃±2℃)进行搅拌。计划两座拌合站加装冷水系统，降低混凝土温度。具体方式阐述如下：通过制冷机组与水产间的循环，循序渐进地把100m3水池里的高温水(300C)下降至70C(±20C)。时间为5h。在温度达到设定温度，拌合站开始施工作业，水池水位随之下降，补水系统以15m3/h的速度补水，此时制冷系统可根据温度变化启动，适时把100m3的高温水完全降温到设定的低温水。

3 裂隙产生原因及处理方法

3.1 裂隙产生原因

在大体积混凝土结构中，结构的截面和水泥含量成正比。水泥遇水乳化所释放的热量会产生较大的温度变化和收缩差异，所以导致钢筋混凝土产生裂隙的主要原因就是温度收缩应力[4]。这种裂隙有表面和贯通的两种。其次高强混凝土的收缩性，主要是干燥收缩、温度收缩、可塑性收缩、化学收缩和自收缩这5个方面：

1)收缩干燥性：混凝土在空气含量不饱和的情况下很容易失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水性，从而产生干缩，干缩率也随之降低，高强混凝土的孔隙率比普通混凝土低。

2)收缩可塑性：收缩的塑性基本发生在混凝土硬化前期的可塑性阶段。高强混凝土基本不会被水渗透，所以表面失水快，凝土可塑性收缩比普通混凝土更容易产生。

3)自收缩性：自干燥造成毛孔细中的水分缺失从而导致产生负压，引起混凝土的自收缩反应。高强度混凝土的水胶比值低，前期发展趋势快，会使其中的自由水消耗快。高强混凝土结构结实密度高，外界水很难渗透进去就会引发凝土的自收缩。

4)收缩化学性：水泥遇水后慢慢乳化，固相体积也会随之增加，而水泥中水的体积减小，形成许多毛孔细缝。高强度混凝土水胶比小，水化程度受到管制，化学收缩性比普通混凝土差。当混凝土发生收缩并且受到外内部压迫时，就会产生拉应力，很大可能引起裂开。高强度混凝土有高抗拉强度，在相同收缩变形下，就会引起较高的拉应力[5]，由于高强混凝土的变化能力低，应力松弛量较小，所以抗裂性能差。

3.2 处理方法

次工程采用表面凿槽嵌补法，在裂隙少深度深时，混凝土裂隙凿一条V型或U型槽，槽内嵌入刚性材料如水泥砂浆和环氧胶泥时，灌满柔性材料如聚氯乙烯胶泥、沥青油膏等进行密封。槽内表面修复平整且洗净污垢，尽量保持干燥。密封材料前，先涂刷与嵌填材料混凝土性质的稀释涂料，表面凿槽修补裂缝的处理方法，见图1。

(a)一般裂隙 (b)渗水裂隙 (c)活动裂隙 (d)活动裂隙扩展后情况1—裂隙;2—水泥砂浆或环氧胶泥;3—聚氧乙烯;4—1∶2.5水泥砂浆或刚性防水;5—密封材料；6—隔离缓冲区；B—槽宽；δ—活动距离

4 施工过程温控措施

4.1 混凝土运输过程温度控制

混凝土运输过程中的温度控制，对保证混凝土的基本质量有促进作用。在高温天气的环境下，混凝土运输过程中，则需要利用保冷措施进行控制，并在车辆安装保冷控制后，可提高混凝土运输中的温度控制水平。运输混凝土过程中，在车厢两侧安装保温层，尽可能减少混凝土温度回升的情况出现。此外，为避免混凝土因交通拥堵而出现混凝土运输时间过长的情况，则需要合理安排的运输路线，尽可能的减少混凝土的倒运次数。从混凝土运输的角度进行分析，利用冷水冲刷对车辆进行降温，可在安装保温隔热层的基础上，降低太阳光对混凝土车辆及混凝土产生负面影响。

4.2 温度控制措施

混凝土运输过程中的温度控制，则需要在混凝土入仓后，及时平仓处理，尽可能的降低混凝土在外的暴露时间此外，在混凝土浇筑的过程中，可对仓面面积以及温度控制过程等进行调整，对提高温度控制水平有促进作用。采用必要的冷却装置，降低仓面内部混凝土温度的回升，把控好温度[6]。所以施工工作时间应该尽量安排在早上和夜间，避开白天高温时段浇筑混凝土，由于大仓面的混凝土施工的工期较长，所以在低温季节多安排大仓面混凝土的施工工程。

4.3 具体实施措施

大体积混凝土应减少结构受到外部的影响，优化项目施工方案。提高混凝土均匀性，让内表温差和降温速率同步，规定范围内根据混凝土升降温过程，采取合理的温度控制措施[7]。施工的设备及材料的选备应满足大体积混凝土连浇要求。本工程建筑物通常尺寸从上往下越来越大、施工期暴露在外界的面积大，环境气温变化大，施工工作强度大。

4.4 雾状喷射降温

在高温天气环境下，混凝土的浇筑过程中，温度高于25℃下，为避免出现混凝土凝固以及气温倒灌的情况，则需要通过喷雾剂对仓面环境的温度进行控制，喷射量为2mm/h，在喷射的过程中，要确保成雾状，避免一直喷一个地方用量把控不准形成水滴状低落在混凝土面。

4.5 层间歇期的把控

混凝土浇筑分层层厚根据图纸、温控、结构和立模等条件选定，下游引航道导航墙混凝土分层浇筑示意图，见图2。

图2 下游引航道导航墙混凝土分层浇筑示意图

层间歇期从散热到防裂再到施工作业各方面的综合考虑，分析论证合理的层间间歇，一般≥5d，也不应>7d。混凝土的层间间歇要严格按照施工要求，原则上按0的要求进行控制[8]。对于有严格温控防裂要求的基本强约束区和重要结构部位时，控制层间间歇期在5d左右。墩、墙等结构混凝土层间间歇4～9d，低温季节浇筑取下限值，大体积混凝土浇筑层间间歇时间，见表1。

表1 大体积混凝土浇筑层间间歇时间

5 现场温度监测及数据分析

5.1 温度监测系统

建立温度监测系统则是通过SDT温度计-2型的应用，对混凝土建筑物的内部温度进行控制。在实现温度控制下，可利用温度计进行温度监测，并及时对混凝土的温度进行有效控制。温度控制中，具有稳定、高防水、不受电缆等因素干扰、自动化监测等优点。

5.2 测点布置

结合大体积混凝土的特性，在对温度变化进行监测中，则需要对大体积混凝土的最大温差、内部最高温度、温度变化幅度、截面温度的梯度变化以及入模温度变化等进行实时监测。在明确监测指标的基础上，可在底板混凝土中设置5组温度传感器，并对温度控制过程进行优化，从而提高温度监测控制效果。下闸首温度监控元件布置图，见图3；在闸墙混凝土中布置2组温度传感器，闸室温度监控元件布置图，见图4。

图3 下闸首温度监控元件布置图

图4 闸室温度监控元件布置图

5.3 监测频率

从监测频率的角度进行分析，大体积混凝土在实际应用中，浇筑以及养护阶段，混凝土的温度控制，对混凝土浇筑过程与温度变化有直接关系，所以，在温度控制的过程中，按照2h/次的方式对温度进行监测。温度提高到峰值后，按照4h/次的方式进行监测，在监测3次后，按照8h/次的频率进行监测。大体积混凝土的温度监测与控制，则需要结合温度变化的实际情况，对温度变化过程进行实时监测，并对最大温度以及温度变化过程等进行数据统计，从而提高温度控制的综合水平。

5.4 测试数据分析

1)所有温度测点的布置与应用，则需要将混凝土的最高温度控制在75℃以下，从而满足船闸工程的施工需求。

2)船闸工程大体积混凝土施工过程中，利用多个测温点进行监测后，各个监测点之间的温度差值要控制在20℃以内，从而保证船闸工程的基本施工质量。

3)船闸工程中，闸首的底板已经闸室的底板所使用的的大体积混凝土，则需要对将降温速率控制在3℃/d，并对船闸工程的施工过程以及施工控制等进行调整，从而实现船闸工程大体积混凝土的温度控制水平提升。

4)根据船闸工程大体积混凝土施工现场的采集数据，在对混凝土的入模温度进行控制你给，则需要将温度控制在25℃以下，从而保证船闸工程的基本施工水平。

5)大体积混凝土对的温度控制要结合混凝土的实际情况，对混凝土的配比进行调整，提高船闸工程的施工控制效果。

6 结 论

文章通过实例对飞来峡枢纽船闸工程大体积混凝土温度裂缝控制进一步做研究，分析裂缝产生的原因及表面凿槽嵌补处理法。从施工过程中的温控措施和现场温度监测两个大方面深入讨论，随着科学技术的发展，新材料、新技术、新工艺不断涌现，这一课题还会不断遇到新的问题和创新点，有待于人们 从理论、材料、技术和工艺等方面进一步探讨。