張 良 陳東風(fēng)

（江蘇省鎮(zhèn)江市城市水利管理處 鎮(zhèn)江 212000）

淺論大體積混凝土溫控綜合措施

張 良 陳東風(fēng)

（江蘇省鎮(zhèn)江市城市水利管理處 鎮(zhèn)江 212000）

對(duì)于大體積混凝土建筑，混凝土干縮及因散熱降溫引起的冷縮極易引起混凝土開(kāi)裂，須采取降低水化熱和變形，降低混凝土內(nèi)外溫差，加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)等溫控綜合措施以減少裂縫，防止有害裂縫產(chǎn)生。

大體積混凝土 溫控綜合措施 結(jié)構(gòu)自防水 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)縫設(shè)計(jì)

1 前言

引航道水利樞紐工程主體兩個(gè)中孔閘墩單體混凝土工程量約10500m3，一半以上結(jié)構(gòu)常年處于水下。為使大體積混凝土不產(chǎn)生危害性貫穿裂縫，造成墩墻滲水危及廠房安全，該工程在混凝土溫控方面采取了多項(xiàng)綜合措施，以保證工程安全。采取的溫控綜合措施主要有：設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶；選擇合適的膨脹劑；優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)；細(xì)化施工澆筑方案；埋設(shè)冷卻水管；加強(qiáng)保溫保濕養(yǎng)護(hù)等相應(yīng)措施，做到多管齊下，采取綜合性溫控應(yīng)對(duì)措施，在工程實(shí)際中取得了良好的效果，具有較好的推廣意義。

2 工程概況

鎮(zhèn)江市引航道水利樞紐工程位于鎮(zhèn)江市北部?jī)?nèi)江與長(zhǎng)江鎮(zhèn)揚(yáng)河段六圩彎道之間的引航道上，距出江口500m處。工程主體有九孔十墩，采用分離式底板布設(shè)，其中兩個(gè)中孔閘墩（ZD1、ZD2）為空腔式，空腔內(nèi)布置雙向泵站，單體混凝土工程量大,分五次（五層）現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

3 混凝土結(jié)構(gòu)自防水和超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)縫施工技術(shù)的基本原理

3.1結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計(jì)

由于柔性防水層的壽命只有10～20年，而混凝土壽命為50～100年，所以《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108）在地下工程防水設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)自防水是“首選”防線。結(jié)構(gòu)自防水的關(guān)鍵是混凝土能否抗裂，這是抗?jié)B的前提：一是地基要牢靠，不能產(chǎn)生不均勻沉降裂縫，二是采用補(bǔ)償收縮混凝土和適當(dāng)?shù)呐浣盥省?/p>

3.2超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)縫設(shè)計(jì)和施工技術(shù)

所謂“無(wú)縫設(shè)計(jì)”是個(gè)相對(duì)概念，根據(jù)結(jié)構(gòu)情況，可無(wú)縫或少縫，專(zhuān)指釋放收縮應(yīng)力的后澆縫，不包括沉降縫。無(wú)縫設(shè)計(jì)思路是“抗放兼?zhèn)?，以抗為主”。超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力集于中部，為防裂而設(shè)后澆帶。補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹加強(qiáng)帶一般設(shè)在后澆帶位置上。根據(jù)板的厚度，帶寬為2～3m，帶兩側(cè)設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，并用立筋φ16～18@300加固，目的是防止兩側(cè)混凝土流入帶內(nèi)。施工時(shí)，帶外用小膨脹率混凝土，澆筑到加強(qiáng)帶時(shí)，改用大膨脹率混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)比兩側(cè)混凝土提高一個(gè)等級(jí)。澆筑到另一側(cè)時(shí)，又改為小膨脹率混凝土。如此循環(huán)下去，可連續(xù)澆筑100～120m超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。膨脹加強(qiáng)帶可采用連續(xù)式、間歇式或后澆式等形式。連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶見(jiàn)圖1。

4 溫控綜合措施

就該工程而言，中孔閘墩屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土干縮及因散熱降溫引起的冷縮極易引起混凝土開(kāi)裂。該工程工期緊、任務(wù)重，質(zhì)量要求高，經(jīng)多方開(kāi)會(huì)討論，須采取降低水化熱和變形，降低混凝土內(nèi)外溫差，加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)等措施以減少裂縫，溫控綜合措施主要有：（1）設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶；（2）選擇合適的膨脹劑；（3）優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)；（4）細(xì)化施工澆筑方案；（5）埋設(shè)冷卻水管；（6）加強(qiáng)保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

4.1膨脹加強(qiáng)帶

4.1.1膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)置

根據(jù)前述混凝土結(jié)構(gòu)自防水和超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)縫施工技術(shù)的基本原理，經(jīng)討論研究，確定了中孔閘墩底板和閘墩墩身的膨脹加強(qiáng)帶具體設(shè)置位置。由于閘墩墩身較底板薄，受底板的約束較大，且混凝土墻面養(yǎng)護(hù)較難，為此，除了在垂直加強(qiáng)帶的側(cè)面設(shè)附加鋼筋外，另在閘墩墩身設(shè)二道高1m的“水平暗梁”，以抵抗混凝土收縮應(yīng)力導(dǎo)致墩身裂縫的出現(xiàn)。中孔閘墩膨脹加強(qiáng)帶、“水平暗梁”的布置見(jiàn)圖2。

4.1.2膨脹加強(qiáng)帶的做法

采用連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶做法，加強(qiáng)帶兩側(cè)混凝土為小膨脹率混凝土，膨脹加強(qiáng)帶為摻有膨脹劑的大膨脹率混凝土。在2m寬的膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)掛上孔徑小于10mm的金屬絲網(wǎng)，混凝土從一邊推進(jìn)，澆到膨脹加強(qiáng)帶時(shí)，改用大膨脹率混凝土，加強(qiáng)帶澆筑完畢后，再改用原配比混凝土，如此連續(xù)澆注。

4.2膨脹劑的選擇

膨脹劑只要性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，均可配制出性能優(yōu)越的補(bǔ)償收縮混凝土，其自身技術(shù)沒(méi)有多大差別，質(zhì)量的差異由生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)管理水平?jīng)Q定。該工程選用硫鋁酸鈣類(lèi)膨脹劑UEA。

4.3配合比設(shè)計(jì)

4.3.1設(shè)計(jì)原則

該工程混凝土施工采用自拌混凝土，砂子為中粗砂，石子為二級(jí)配，目的是考慮采用較小的水灰比、較粗的骨料以減少水化熱。配置的混凝土應(yīng)具有良好的工作性能，在滿(mǎn)足混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足工程使用部位相應(yīng)的混凝土限制膨脹率，應(yīng)充分考慮混凝土的耐久性能。

4.3.2原材料

水泥：P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；

骨料：中砂，細(xì)度模數(shù)2.6；石子，5-31.5連續(xù)級(jí)配；

粉煤灰：Ⅰ級(jí)灰；

膨脹劑：UEA膨脹劑；

外加劑：南京水科院F2高效減水劑；

纖維：聚丙烯纖維。

4.3.3混凝土配合比

經(jīng)配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定混凝土施工配合比，配合比見(jiàn)表1。

圖1 連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶圖

圖2 中孔閘墩膨脹加強(qiáng)帶、“水平暗梁”設(shè)置示意圖

圖3 中孔閘墩混凝土澆筑分層示意圖

表1 混凝土配合比表

4.4施工澆筑方案

4.4.1中孔閘墩底板混凝土施工

中孔閘墩底板底高程為-5.00m（上下游齒坎位置為-6.00m），順?biāo)飨蜷L(zhǎng)48m、寬21m，底板頂面高程在-4.00～-2.60m之間，總方量約1800m3。

根據(jù)混凝土底板整體性的要求，倉(cāng)內(nèi)澆筑時(shí)按“斜面分層”的方式連續(xù)澆筑成型。首先從內(nèi)江側(cè)齒坎開(kāi)始澆筑，澆平齒坎后，從內(nèi)江側(cè)向外江側(cè)斜面攤鋪，平行推進(jìn)。每層混凝土厚度控制在40cm左右，經(jīng)計(jì)算每層混凝土澆筑量約84m3，完成時(shí)間2～3h。

4.4.2閘墩混凝土施工

中孔閘墩分五次（五層）澆筑，其中第一次為底板長(zhǎng)48m，寬21m，最大高度（進(jìn)水側(cè)）為3.4m，最小厚度1.0m，單體混凝土量約1800m3；第二次為進(jìn)水流道層，48m× 21m，頂高程為1.3～0.8m（進(jìn)水流道段不等高），最大澆筑厚度約6m，澆筑混凝土方量約4000m3，為該工程最大混凝土澆筑量；第三次為出水流道層，頂高程為5.8m（進(jìn)水側(cè)）和5.2m（出水側(cè)）；第四次為上下游空箱及電機(jī)層，頂高程為12.53m（進(jìn)出水段）和10.0m（電機(jī)層段）；第五次為泵站檢修平臺(tái)層，頂高程為15.0m；第四次、第五次合并為一次澆筑完成，進(jìn)水流道層以上混凝土總量約4800m3。

中孔閘墩混凝土澆筑分層示意圖見(jiàn)圖3。

4.4.3預(yù)埋冷卻水管

在中孔閘墩底板中預(yù)埋Φ40mm的鋼管，待混凝土初凝后通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部溫度，減少混凝土內(nèi)外溫差。底板中冷卻水管按垂直水流向水平布置，距底板頂面0.6m，間距1.0m。在1.5m厚的底板中布置一層，齒坎部位布置兩層，見(jiàn)圖4。

圖4 中孔閘墩底板冷卻水管布置示意圖

閘墩墩身因分層澆筑，且墩墻厚均超過(guò)2m，因此計(jì)劃在墩墻中預(yù)埋豎向冷卻管，埋管規(guī)格同底板，按1m間距沿墩墻縱向布置于墩墻中間位置。

在通水冷卻過(guò)程中注意控制以下幾點(diǎn)：

（1）控制冷卻水與混凝土內(nèi)部溫度差值小于20℃；（2）每6h改變一次循環(huán)水流方向；

（3）通過(guò)冷卻水的流量和流速來(lái)控制管中進(jìn)出水流的溫差在10℃左右；

（4）當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)20℃時(shí)停止循環(huán)水冷卻工作，割除超出底板側(cè)面的網(wǎng)管，用C35細(xì)石混凝土封堵管口。

4.5施工養(yǎng)護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)工作對(duì)混凝土表面的質(zhì)量及減少混凝土表面收縮裂縫尤顯重要。養(yǎng)護(hù)工作安排專(zhuān)人和專(zhuān)用機(jī)具進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。底板及墩墻混凝土初凝后采取以下幾項(xiàng)措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：

（1）因底板和墩墻混凝土施工時(shí)，氣溫回升、空氣干燥，濕度減小，在混凝土終凝后，及時(shí)用土工布或草包覆蓋，安排專(zhuān)人澆水養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面在10～14d內(nèi)保持濕潤(rùn)。不用井水直接噴灑，因井水溫度低，直接用于養(yǎng)護(hù)會(huì)加大混凝土內(nèi)外溫差，用冷卻水管排出的水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（2）閘墩模板拆除后，由于垂直面覆蓋較困難，采用塑料薄膜養(yǎng)護(hù)劑法（混凝土養(yǎng)護(hù)劑），即將塑料溶液噴灑在混凝土表面上，溶液揮發(fā)后，混凝土表面形成一層薄膜，混凝土中的水分不再蒸發(fā)，從而完成混凝土水化作用。為達(dá)到養(yǎng)護(hù)目的，養(yǎng)護(hù)膜保持完整性，噴膜時(shí)間與拆模同步進(jìn)行。

5 溫控監(jiān)測(cè)

混凝土澆筑完成后，為了及時(shí)掌握底板溫度在平面上的差異，控制混凝土內(nèi)部與表面溫差在25℃以?xún)?nèi)，以便調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施；同時(shí)為了控制降溫速率，保持混凝土每天降溫速率不超過(guò)2℃，為變換冷卻水通水方向提供理論依據(jù)。

ZD1底板于2009年4月12日10時(shí)開(kāi)始澆筑，2009 年4月14日2時(shí)結(jié)束，共計(jì)澆筑40h。ZD1底板經(jīng)過(guò)7d的觀測(cè)，混凝土內(nèi)部最高溫度為57℃，混凝土內(nèi)部與表面溫差20℃。ZD2底板于2009年4月16日18時(shí)開(kāi)始澆筑，2009年4月18日14時(shí)結(jié)束，共計(jì)澆筑44h。ZD2底板經(jīng)過(guò)7d的觀測(cè)，混凝土內(nèi)部最高溫度為57℃，混凝土內(nèi)部與表面溫差20℃。溫升峰值出現(xiàn)在混凝土初凝后3～4d，以后溫度逐漸下降。從實(shí)測(cè)結(jié)果看，混凝土內(nèi)部與表面溫差小于20℃，說(shuō)明混凝土的溫控效果較好。

6 結(jié)語(yǔ)

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計(jì)、施工、材料和管理等各個(gè)方面。補(bǔ)償收縮混凝土施工時(shí)，要針對(duì)工程特點(diǎn)和膨脹混凝土的特性，混凝土的振搗必須密實(shí)，不得漏振、欠振或過(guò)振。在混凝土終凝以前，要用人工或機(jī)械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產(chǎn)生，以免影響外觀質(zhì)量。摻膨脹劑的混凝土要特別加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，膨脹結(jié)晶體鈣礬石生成需要水，補(bǔ)償收縮混凝土澆筑后早期7～14d濕養(yǎng)護(hù)，才能發(fā)揮補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹效應(yīng)。

采用補(bǔ)償收縮混凝土，在材料方面，關(guān)鍵措施是在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求的前提下，通過(guò)摻加膨脹劑、高效減水劑以及活性混合材料（如粉煤灰、礦粉等）最大限度地降低水泥用量，延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，推遲混凝土水化熱峰值，使混凝土在開(kāi)始降溫時(shí)，讓其抗拉強(qiáng)度能夠得到足夠的增長(zhǎng)。同時(shí)根據(jù)工程特點(diǎn)和使用部位，合理確定水泥品種，膨脹劑的摻量，配制出膨脹性能大，補(bǔ)償收縮性能好，施工容易，強(qiáng)度有保證，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)補(bǔ)償收縮混凝土配合比是關(guān)鍵。

該工程在采取了溫控綜合措施，保證了工程實(shí)體結(jié)構(gòu)的完好，至今未出現(xiàn)一條危害裂縫，在類(lèi)似大體積混凝土施工項(xiàng)目中值得推廣和應(yīng)用■