王禮男，劉紅宇

（1.遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽(yáng) 110003；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130021）

1 工程概況

猴山水庫(kù)位于遼寧省綏中縣，水庫(kù)總庫(kù)容為1.59億m3，興利庫(kù)容為1.28億m3，為大型水庫(kù)，其擋水建筑物是常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程為138.2 m，最大壩高51.6 m，主壩壩頂長(zhǎng)349 m，由左岸、右岸擋水壩段、閘門檢修壩段、供水壩段及泄水溢流壩段等組成，混凝土總量為25.6萬(wàn)m3。

2 溫控必要性

在混凝土凝固過(guò)程中，水泥水化會(huì)釋放出水化熱，致使混凝土內(nèi)部溫度逐漸上升。對(duì)大體積混凝土（比如大壩）而言，絕大部分水化熱將留存在大壩內(nèi)部，水化熱會(huì)提升壩體溫度25～45℃，甚至于更高，嚴(yán)重超出外界平均氣溫。雖然混凝土具有導(dǎo)熱性能，壩內(nèi)溫度會(huì)逐漸下降至外界平均氣溫，但由于壩體內(nèi)外部巨大溫差的存在，壩體混凝土容易產(chǎn)生裂縫，極大降低大壩的使用壽命，產(chǎn)生安全隱患，因此控制混凝土配合比中水泥的摻量是降低混凝土溫升的關(guān)鍵所在。

3 混凝土施工過(guò)程中的溫控措施及分析

3.1 配合比的選擇

猴山水庫(kù)工程選用兩家具有甲級(jí)資質(zhì)的混凝土檢測(cè)中心進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，以大壩基礎(chǔ)混凝土（C9020F100W6）以及內(nèi)部混凝土（C9015F50W2）為例，設(shè)計(jì)成果比對(duì)見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比對(duì)比表kg

通過(guò)對(duì)比看出，2種配合比選用不同的外加劑，粗骨料、砂子摻量相近，但水泥和粉煤灰摻量相差較大。2種配合比中，水泥摻量B檢測(cè)中心比A檢測(cè)中心分別少47 kg/m3和35 kg/m3，而粉煤灰摻量多了32 kg/m3和52 kg/m3。

經(jīng)過(guò)分析，兩家檢測(cè)中心出據(jù)的混凝土配合比均滿足設(shè)計(jì)的抗壓、抗凍及抗?jié)B指標(biāo)，但B檢測(cè)中心混凝土配合比，水泥摻量少，減少了水化熱，壩體混凝土內(nèi)部溫升小，擴(kuò)大粉煤灰用量大是為了增多膠凝材料，從成本分析也是合理的，所以最終選擇B檢測(cè)中心提供的混凝土配合比。

3.2 混凝土中原材料溫度的控制

通過(guò)對(duì)混凝土溫升過(guò)程的了解，對(duì)混凝土內(nèi)部溫升的高低起決定性作用的是水泥的用量，而如骨料、水、砂子等其他材料的溫度僅對(duì)混凝土的拌合、入倉(cāng)和澆筑溫度有影響，各材料溫度同水泥水化熱溫度不是簡(jiǎn)單的直接累計(jì)疊加的過(guò)程，而是相互平衡一定后，影響壩體混凝土內(nèi)部最高溫升，同時(shí)也影響混凝土內(nèi)部溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間。

混凝土外界空氣溫度對(duì)混凝土內(nèi)部材料溫度、澆筑表面溫度有不同程度的影響，更直接影響到混凝土的拌合溫度和內(nèi)部澆筑溫度，因此為保障高標(biāo)號(hào)混凝土完全凝固，必須盡量降低各類原材料的溫度。

1）出機(jī)口溫度。猴山水庫(kù)所處綏中縣9月份平均溫度為24.1℃，在該溫度下各材料熱量計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 材料熱量計(jì)算表

計(jì)算得出，9月份時(shí)出機(jī)口溫度T0=54 974.2/2 308.1=23.82℃，該溫度過(guò)高，不滿足施工要求，應(yīng)采用4℃冷水拌合、冷水噴淋骨料等辦法降低原材料溫度，以達(dá)到降低出機(jī)口溫度的目的。依據(jù)新溫度再行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

經(jīng)計(jì)算，出機(jī)口溫度T0=45 549.36/2 308.1=19.73℃，已基本接近出機(jī)口溫度不大于18℃的要求。為進(jìn)一步降低出機(jī)口溫度，可將冰渣融入拌合用水，在拌合過(guò)程中，冰渣融化可吸收335 kJ/kg的熱量，從而更有效降低出機(jī)口溫度。通常情況下加冰量為20 kg/m3，有效加冰系數(shù)為0.8，消減熱量為20×335×0.8=5 360 kJ，加冰量應(yīng)當(dāng)依據(jù)外界氣溫升降進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，混凝土拌合時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)15～30 s。使用冰渣加4℃冷水拌合的混凝土，其出機(jī)口溫度T0=（45 549.36-5 360）/2 308.1=17.41℃，滿足溫度控制的要求。

2）澆筑溫度：TBp=18.15℃；混凝土水化熱絕熱溫升值：Tt=23.92℃；混凝土內(nèi)最高溫度：Tmax=TBp+Tt·ξ=18.15+23.92×0.49=29.87 ℃。

3）不同配合比時(shí)澆筑溫度。依相同計(jì)算方法，得出9月份時(shí)閘墩部混凝土的出機(jī)口溫度（16.93℃）、澆筑溫度（17.66℃）、3 d水化熱溫升值（51.8℃）及內(nèi)部最高溫度（42.99℃）。

4）各原材料比熱對(duì)混凝土降溫影響效果。以壩體基礎(chǔ)混凝土為例，各原材料降低1℃時(shí)對(duì)混凝土的降溫效果的作用見(jiàn)表3。

表3 各材料降溫效果表

通過(guò)表3可知，各原材料比熱對(duì)混凝土降溫效果的作用，其中粗骨料影響最明顯，為58.5%，冷卻粗骨料可有效降低混凝土溫度，其次是水的影響，為19.2%，在拌合機(jī)中加冰渣，也能降低混凝土溫度，綜合考慮技術(shù)與投入成本等方面，通常以冷水拌合、加冰渣拌合、冷卻骨料作為降低混凝土原材料溫度的主要方法。

3.3 施工采取的溫度控制措施

高溫季節(jié)澆筑混凝土，必須采取有效的溫控措施，以利降低壩體內(nèi)的最大溫升，從而迅速使壩體內(nèi)部溫度趨于與外界氣溫相適應(yīng)的穩(wěn)定溫度，避免壩體內(nèi)外溫差過(guò)大，產(chǎn)生裂縫，確保混凝土的澆筑質(zhì)量。

依據(jù)猴山水庫(kù)壩體混凝土溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，并綜合考慮遼寧省綏中縣實(shí)際氣溫與大壩規(guī)模等相關(guān)因素，從混凝土原料的選擇、控制到拌合、運(yùn)輸、澆筑以及澆筑完成后保溫降溫措施等方面，采取控制混凝土組成材料與堆放、低溫拌合、冷卻原材料等多措并舉的溫控措施。

4 澆筑混凝土后的溫度控制措施

4.1 常規(guī)養(yǎng)護(hù)措施

澆筑混凝土之后，為防止氣溫回灌導(dǎo)致混凝土表面溫度升高，需要及時(shí)降低混凝土表面的溫度，采取覆蓋、澆水等方式對(duì)澆筑完畢的壩體表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。

4.2 內(nèi)部冷卻水降溫措施

夏季施工時(shí)，在澆筑混凝土前預(yù)先埋設(shè)冷卻水管，并在澆筑過(guò)程中及澆筑后通水，保證冷卻壩體。按設(shè)計(jì)要求冷卻水管采用壁厚2 mm的?32 mm HDPE管，布置水平間距為1.5 m冷卻水管層，通冷卻水與混凝土澆筑同時(shí)進(jìn)行，冷卻水持續(xù)時(shí)間為兩周，水流量嚴(yán)格控制在1.0 m3/h，為保證壩體冷卻均勻，冷卻水的水流方向應(yīng)當(dāng)每12 h改變一次，以全面降低壩體混凝土內(nèi)部的溫度，保證已澆筑壩體混凝土的內(nèi)外溫差合乎標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 保溫措施

新澆混凝土如遇氣溫驟降等極端天氣，對(duì)混凝土表面進(jìn)行采取覆蓋等方式進(jìn)行保護(hù)，可有效預(yù)防混凝土裂縫。如果新澆筑混凝土所在地平均氣溫在3 d內(nèi)下降超過(guò)7℃，且重要部位和基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)混凝土齡期超過(guò)3 d，一般混凝土齡期超過(guò)4 d，則必須進(jìn)行表面覆蓋等保溫措施。

從氣溫晝夜溫差較大的10月份開(kāi)始，為縮小混凝土內(nèi)外部溫差，有效避免混凝土表面裂縫，應(yīng)開(kāi)始對(duì)壩體混凝土采取保溫措施。

5 效果分析

在施工過(guò)程中每天對(duì)混凝土的拌合水溫、澆筑時(shí)的氣溫、砂石骨料以及混凝土出機(jī)口和進(jìn)行澆筑時(shí)候的溫度作以一系列的跟蹤檢測(cè)，在8和9月份的高溫季節(jié)施工中，溫度控制措施的重中之重是降低骨料溫度，可骨料倉(cāng)旁建立蓄水池，并盡可能的降低冷卻水溫度，利用冷水噴淋、冷水拌合、加冰渣拌合等技術(shù)措施降低骨料溫度，成果見(jiàn)表4。

表4 7—8月份壩體混凝土施工各溫度檢測(cè)成果表

從表4可以看出，將上述措施應(yīng)用在混凝土的澆筑過(guò)程中，基本可以滿足溫度控制的要求，即使出機(jī)口溫度與澆筑溫度偶爾超標(biāo)但持續(xù)時(shí)間較短，對(duì)混凝土壩體內(nèi)部溫度影響較低。

通過(guò)在混凝土內(nèi)部預(yù)先埋設(shè)冷卻水管、通低溫水冷卻來(lái)降低混凝土內(nèi)部的溫度，冷卻水管通水溫度檢測(cè)記錄見(jiàn)表5。

表5 冷卻水管通水溫度檢測(cè)記錄表 ℃

從表5可以看出，通過(guò)兩周通水的檢測(cè)數(shù)據(jù)，加以計(jì)算得出，冷卻水管的通水溫度最高值約為7.6℃，最低值為2.4℃，降低了5.4℃的溫升。延長(zhǎng)通水降溫的時(shí)間，可以大幅降低混凝土內(nèi)部溫升值。由此可見(jiàn)，采用預(yù)先埋設(shè)冷卻水管降溫措施，可以有效地降低混凝土內(nèi)部溫度，使其趨于穩(wěn)定，達(dá)到了溫度控制的目的。

6 結(jié)論

寒冷地區(qū)大體積混凝土內(nèi)部溫度的高低主要取決于水泥水化所產(chǎn)生的水化熱，因此，選取配合比中水泥的摻量至關(guān)重要；配合比中其他原材料溫度決定了混凝土的拌合及澆筑溫度，對(duì)混凝土內(nèi)部最高溫升起到一定影響，同時(shí)還影響到混凝土溫度降溫時(shí)間的長(zhǎng)短。施工過(guò)程中可以采用一些相關(guān)的防裂溫控手段，在混凝土內(nèi)部預(yù)先埋設(shè)冷卻水管可中和水化熱、降低混凝土溫度，冷水管通水時(shí)間與大體積混凝土內(nèi)部溫度降幅成正比。

［參 考 文 獻(xiàn)］

［1］王焰駒.碾壓混凝土重力壩工程中溫度控制施工技術(shù)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014（02）：60—62.

［2］李宏偉.碾壓混凝土大壩施工溫度控制措施與效果［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013（03）：60—63.

［3］劉玉娟，文靜，王海蕾.淺淡混凝土耐久性［J］.科技信息，2012，23（07）：190-191.

［4］楊志華，謝衛(wèi)生.山口巖碾壓混凝土拱壩溫度控制設(shè)計(jì)［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（11）：71—74.