李建文

摘 要：太浦河泵站工程泵房主體砼的施工，由于民房拆遷工作的拖后，致使工程正式開(kāi)工推遲了近4個(gè)月，迫使泵房砼施工不得不趕在8月高溫季節(jié)開(kāi)始進(jìn)行澆筑。為了盡可能有效地防止砼裂縫的產(chǎn)生，尤其是防止產(chǎn)生危害性裂縫，在澆筑泵房流道（底板、墩墻及頂板）砼時(shí)，必須采取必要的、有效的溫控措施，以確保泵房主體砼的質(zhì)量，爭(zhēng)創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程。

關(guān)鍵詞：混凝土;拌制;澆筑;溫控

中圖分類號(hào)：TV553文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）26-0107-05

1 工程情況

主泵房為堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，站身順?biāo)飨驅(qū)?0.45m，長(zhǎng)67.56m，分三塊底板，每塊底板的平面尺寸為40.45m×22.5m，布置2臺(tái)機(jī)組;泵房地基為⑤1層粉質(zhì)黏士，容許承載力僅為105kPa，不能滿足設(shè)計(jì)要求的166.95kPa，故泵房基礎(chǔ)全部采用直徑70cm、深5.9～7.4m的深層水泥攪拌樁加固，總計(jì)2 020根;進(jìn)水側(cè)底板底高程-8.05m，出水側(cè)底板底高程-6.45m，底板砼厚2m;高程l.45m以下為泵房流道部分，高程1.45m以上為泵房上部結(jié)構(gòu)[1]。每臺(tái)水泵進(jìn)、出水口流道寬度均為9.lm，中間設(shè)隔墩;每2臺(tái)機(jī)組間設(shè)中墩，隔墩寬1.1m，中墩寬1.4～5.25m，邊墩寬1.45～4.3m，頂板砼厚1.2～2.2m。設(shè)計(jì)要求在澆筑底板砼時(shí)必須一次澆筑，不允許分層分塊;墩墻和頂板允許在結(jié)構(gòu)應(yīng)力較小處設(shè)垂直施工縫。流道部分從-8.05m～頂板l.45m總高度9.5m，分底板、墩墻、頂板三層完成。采用的澆筑方法如下。

①底板。每塊底板的平面尺寸為40.45m×22.5m，厚度為2.0m，砼方量為2 370m3，設(shè)計(jì)要求必須一次澆成，不允許分層分塊。而現(xiàn)場(chǎng)的澆筑機(jī)械能力較小，僅在主泵房的上游11m處安裝了1臺(tái)80T·M的軌道式建筑塔吊，起重能力為12.5m時(shí)，吊重6t;起重能力為26.6m時(shí);吊重3t;起重能力為37.5m時(shí)，吊重2.0t;起重能力為45m時(shí)，吊重1.6t。泵房下游4m處在中間安裝了1臺(tái)60T·M的固定式建筑塔吊，起重能力為12.4m時(shí)，吊重3t;起重能力為25m時(shí)，吊重2t;起重能力為42m時(shí)，吊重0.75t。因而，底板砼無(wú)法采用塔吊進(jìn)行澆筑。原打算采用砼泵，但又擔(dān)心用泵砼水泥用量大而加大水化熱溫升，因此決定采用常態(tài)砼。由此，泵房底板砼最后確定采用蛇形鋼筋柱搭設(shè)澆筑平臺(tái)，使用2t的農(nóng)用翻斗車直接入倉(cāng)的澆筑方法，自上游向下游臺(tái)階式推進(jìn)澆筑[2]。

②泵房流道的墩墻砼。由于墩墻倉(cāng)號(hào)較小，又可逐個(gè)墩子進(jìn)行澆筑，故采用塔吊進(jìn)行澆筑。

③泵房頂板砼。上游部分可采用上游塔吊澆筑常態(tài)砼，下游部分，由于下游塔吊能力較小，且距上游塔吊較遠(yuǎn)，原計(jì)劃是搭設(shè)澆筑平臺(tái)使用農(nóng)用翻斗車進(jìn)行澆筑。但后來(lái)因澆筑頂板時(shí)已到11月，氣溫較低，同時(shí)考慮到頂板鋼筋太密，故決定改用泵送砼較可靠。工程所在地蘇州吳江的氣溫資料見(jiàn)表1。

6月底和7月初的工地實(shí)測(cè)最高氣溫達(dá)39℃，中午實(shí)測(cè)得出的河水、砂子、碎石及砼出機(jī)口溫度分別為32、33、36℃和36℃。

2 溫度的主要控制措施

2.1 設(shè)計(jì)對(duì)溫控的要求

設(shè)計(jì)要求較為簡(jiǎn)單，僅在主泵房砼分層分塊圖中有以下要求：為避免大體積混凝土由于溫度應(yīng)力作用而產(chǎn)生裂縫，泵房大體積砼澆筑入倉(cāng)溫度不得超過(guò)25℃，并應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，注意保溫，避免冷空氣襲擊。同時(shí)，應(yīng)加入合適的外加劑，如在砼中加入WG-HEA高效抗裂性防水劑或同類產(chǎn)品。同一澆筑層中各塊體應(yīng)間隔澆筑。水平工作縫間隔時(shí)間為5～7d，垂直工作縫間隔時(shí)間不少于7d。

2.2 溫控措施的主要特點(diǎn)

砼產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度控制、原材料選擇、施工安排和施工質(zhì)量等方面采取綜合性措施。但是，由于溫度變化和砼收縮而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力是導(dǎo)致大體積砼出現(xiàn)裂縫的主要原因，所以在制定溫控措施時(shí)，必須把控制砼的最高溫度作為主要方面。這就要從降低砼出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度和降低水化熱溫升著手。

本工程中砼的形狀復(fù)雜、塊體大，每塊底板為40.45m×22.5m，但厚度僅2m左右，且不允許分層分塊澆筑;墩墻厚度不均，同一墩子最厚處為5m，最薄處僅1.4m，隔墩厚僅1.1m，但長(zhǎng)度達(dá)16m;頂板厚度為1.2～2.2m，但形狀較好，上、下游頂板長(zhǎng)、寬基本一致?？傮w來(lái)看，各部位的厚度均不大，有利于砼散熱。為防止砼產(chǎn)生表面裂縫，應(yīng)控制好砼的內(nèi)外溫差，一般不要超過(guò)25℃。主要溫控措施是降低砼最高溫度，并做好砼表面的保溫防護(hù)。

本工程中泵房的基礎(chǔ)為水泥攪拌樁加固后的土質(zhì)地基，基礎(chǔ)約束可不考慮。

制定砼溫控措施時(shí)，必須結(jié)合工地的實(shí)際情況，采用技術(shù)上可行、操作上簡(jiǎn)便實(shí)用、經(jīng)濟(jì)上節(jié)省的措施。

2.3 降低砼水化熱溫升的主要措施

在滿足設(shè)計(jì)要求和施工質(zhì)量的前提下，盡量減少單位水泥用量，是降低砼水化熱溫升的有效措施。實(shí)踐表明：每立方砼中少用水泥10kg，可降低砼絕熱溫升1.2℃左右。減少單位水泥用量，主要是采用摻粉煤灰和外加劑，同時(shí)盡量采用低坍落度和大級(jí)配砼。本工程泵房砼由于鋼筋很密，故只能采用二級(jí)配（底板小，部分可用三級(jí)配），坍落度也不宜太小，大部分采用7～9cm。根據(jù)局中心實(shí)驗(yàn)室提供的砼配合比試驗(yàn)資料，粉煤灰選用蘇州望亭電廠的Ⅰ級(jí)粉煤灰，摻量20%;外加劑選用江西萍鄉(xiāng)贛西防水材料廠的WG-FDN高效減水劑，摻量為0.5%～1.5%時(shí)，減水率為14%～25%，摻量為1.0%時(shí)，減水率為22%。在澆筑頂板砼時(shí)，由于采用泵砼，11月初的氣溫雖己降至9～19℃，但考慮到頂板的重要性，采用了摻加WG-HEA抗裂防水劑，摻量10%（以總膠凝材料計(jì)，按80%替代水泥）。試驗(yàn)測(cè)得砼的自身體積變形值7d為123.4×10-6，28d為106.5×10-6，4d時(shí)出現(xiàn)最大值，為128.1×10-6。

經(jīng)試驗(yàn)后確定的泵房流道砼施工配合比見(jiàn)表2。

根據(jù)以上配合比，可用式（1）計(jì)算各種配合比砼的最終絕熱溫升。

[Q0=WCQC+WFQF+WPQPpc]? ? ? ? ?（1）

式中：[WC]、[WF]和[WP]分別為水泥、粉煤灰、抗裂劑的用量，kg/m3;[QC]、[QF]和[QP]分別為水泥、粉煤灰、抗裂劑的水化熱總量，kcal/kg;[p]為砼的容重，取2 400kg/m3;[c]為砼的比熱，取0.235kcal/（kg·c）。

試驗(yàn)測(cè)得水泥7d的水化熱為312J/g，即74.6kcal/kg，推算可得水泥的水化熱總量為89.0kcal/kg;粉煤灰也有一定的活性，其發(fā)熱量可取水泥的55%;抗裂微膨脹劑WG-HEA也按粉煤灰發(fā)熱量計(jì)算。由此，坍落度為5～7cm時(shí)，常態(tài)砼的最終絕熱溫升為：二級(jí)配砼不摻WG-HEA時(shí)，[Q0]=42.5℃;二級(jí)配砼摻10%WG-HEA時(shí)，[Q0]=41.3℃：三級(jí)配砼不摻WG-HEA時(shí)，[Q0]=39.9℃。

坍落度為14～16cm，泵送砼不摻WG-HEA時(shí)，[Q0]=49.9℃;摻10%WG-HEA時(shí)，[Q0]=48.6℃。

通過(guò)上述計(jì)算可知，泵送砼的水泥用量多為33kg/m3，其絕熱溫升比常態(tài)砼高7℃以上：常態(tài)砼二級(jí)配比三級(jí)配約高3℃。

2.4 降低砼出機(jī)口溫度和入倉(cāng)溫度的主要措施

①降低骨料溫度。骨料倉(cāng)要保持堆滿，高度不小于5m，并用竹笆搭設(shè)防曬棚，防止太陽(yáng)直射。同時(shí)，用7～10℃冷水噴淋降溫（砂子除外，噴嘴間距3m×4m，使石子骨料保持濕潤(rùn)，加快蒸發(fā)降溫）。在8月中旬，白天氣溫32～34℃情況下，實(shí)測(cè)石子溫度為26～28℃，收到了較好的降溫效果。在沒(méi)有噴淋時(shí)，實(shí)測(cè)石子溫度與氣溫基本相同。

②采用低溫冷水拌和砼。購(gòu)置了2臺(tái)冷水機(jī)組生產(chǎn)5～7℃冷水，制冷量為67.2萬(wàn)kcal/h，冷水產(chǎn)量可達(dá)20m3/h左右，按50m3/h拌和能力計(jì)算，需要7℃冷水7m3/h左右，可以滿足冷水拌和與骨料噴淋的需要。

③加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織和管理，縮短砼運(yùn)輸時(shí)間和減少中間倒運(yùn)次數(shù)，要求砼從出機(jī)口運(yùn)輸?shù)降踹\(yùn)入倉(cāng)的時(shí)間不超過(guò)60min（運(yùn)輸砼的自卸汽車加活動(dòng)遮陽(yáng)棚），減小砼的溫度回升。通過(guò)實(shí)測(cè)可知，在8月中旬氣溫為32～34℃的情況下，澆筑1#2#機(jī)組底板砼時(shí)，入倉(cāng)溫度比出機(jī)口溫度高約2℃。

④采用一期冷卻，削減水化熱溫升、降低砼最高溫度。對(duì)于墩墻、頂板砼，要在底板砼澆完成一個(gè)月后才能澆筑?？紤]到受底板砼的約束，又屬薄長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，采用一期冷卻水管進(jìn)行冷卻。在墩墻厚度大于2m的部位按0.8m×1.0m布置Φ25mm水管，通冷水（28℃）10d左右。

2.5 砼的后期溫控主要措施

加強(qiáng)表面保濕保溫、減小砼的內(nèi)外溫差是防止砼表面產(chǎn)生裂縫的有效措施。由于水泥（包括粉煤灰）的水化熱作用，砼溫升加快，一般在3～5d即達(dá)到峰值，之后隨著水化熱作用逐漸減弱和消失，并向周圍逐漸散熱，砼溫度逐漸下降。自然冷卻情況下的散熱過(guò)程比較緩慢[3-5]。在砼內(nèi)部升溫及達(dá)到峰值后降溫的過(guò)程中，當(dāng)砼內(nèi)部與砼表面溫差較大時(shí)，砼表面極易產(chǎn)生裂縫。施工規(guī)范規(guī)定：砼的最大內(nèi)外溫差不能大于20～25℃。必須做好砼的表面保溫保濕工作。具體來(lái)說(shuō)，在泵房施工中，當(dāng)砼達(dá)到終凝后立即覆蓋一層塑料薄膜和一層麻袋或草袋，及時(shí)進(jìn)行保溫和保濕;在冬季，封閉泵房流道上、下游口門(mén)，防止穿堂風(fēng)對(duì)砼表面的冷擊。

2.6 溫度計(jì)算

2.6.1 砼出機(jī)口溫度。按照拌和前砼原材料總熱量與拌和后流態(tài)砼的總熱量相等的原理，利用式（2）計(jì)算砼出機(jī)口溫度：

[T0=CS+CwqsWSTS+CG+CwqGWGTG+CcWcTc+Ww-qsWs-qGWGTwCsWs+CGWG+CCWC+CwWw] （2）

式中，[CS]、[CG]、[CC]、[Cw]分別為砂、石、水泥、水的比熱，Kcal/（kg·℃），取值為：[CS=CG=CC=0.2]，[Cw=1.0];[qs]、[qG]分別為砂、石骨料的含水量，分別取3%和2%;[WS]、[WG]、[Wc]、[Ww]分別為每立方砼中砂、石、水泥（包括粉煤灰）和水的重量，kg;[TS]為砂子的溫度，取30℃;[TG]為石子溫度，取28℃;[Tc]為水泥和粉煤灰溫度，取散裝水泥和粉煤灰[Tc]=50℃;[Tw]為拌和水溫度，采用冷水拌和，[Tw]=7℃。

計(jì)算可知：C25W6F50坍落度為7～9cm時(shí)，二級(jí)配常態(tài)砼[T0]=27℃;坍落度為7～9cm時(shí)，三級(jí)配常態(tài)砼[T0]=27.1℃;坍落度為14～16cm時(shí)，二級(jí)配泵砼[T0]=25.6℃。

若不采用7℃冷水拌和砼和噴淋骨料降溫，而采用30℃河水拌和砼，砂、石溫度按31℃計(jì)算，則坍落度7～9cm時(shí)，二級(jí)配砼出機(jī)口溫度[T0]=32.3℃。

2.6.2 入倉(cāng)溫度。入倉(cāng)溫度的計(jì)算公式如式（3）所示：

[TBP=T0+（Ta-T0）×（θ1+θ2+…θn）]? ? ? ? ? （3）

式中，[T0]表示砼出機(jī)口溫度，取27℃;[Ta]表示砼運(yùn)輸時(shí)的氣溫，8月份取37℃;[θ1、θ2、…、θn]為有關(guān)系數(shù)，砼運(yùn)輸過(guò)程中，每裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)一次[θ]=0.032，以三次計(jì)砼運(yùn)輸時(shí)[θ=At]。其中，[A]為系數(shù)，[t]為汽車運(yùn)輸時(shí)間。機(jī)動(dòng)三輪車[A]=0.007，[t]=10min;自卸汽車[A]=0.003，[t]=45min;泵送砼[A]=0.010，[t]=15min。

代入計(jì)算可得：底板和邊墻砼的入倉(cāng)溫度[TBP]為30.0℃;頂板泵送砼的入倉(cāng)溫度[TBP]為27.3℃。

若不采用7℃冷水拌和砼和噴淋骨料降溫，而采用30℃河水拌和砼，則8月份的砼入倉(cāng)溫度[TBP]為33.7℃。

2.6.3 砼澆筑溫度。砼澆筑溫度系指砼經(jīng)過(guò)平倉(cāng)振搗后，覆蓋上層砼前在5～10cm處測(cè)得的溫度[7-10]。計(jì)算公式如式（4）所示：

[TP=TBP+0.003τTa-TBP]? ? ? ? ? ? （4）

式中，[τ]為砼平倉(cāng)振搗后到上層砼覆蓋前的間隔時(shí)間，取120min;[TBP]為砼入倉(cāng)溫度，7℃冷水拌和砼時(shí)入倉(cāng)溫度為30℃;[Ta]為氣溫，8月份取37℃。

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式可得：常態(tài)砼的澆注溫度[TP]為=30+0.003×120（37-30）=32.5℃;泵送砼的澆注溫度[TP]為30.8℃。

若采用30℃河水拌和砼，[TP]=34.9℃。

2.6.4 砼最高溫度計(jì)算。砼最高溫度計(jì)算公式如式（5）所示：

[Tmax=Tp+Tr]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式（5）中，[TP]為砼澆筑溫度，取32.5℃;[Tr]為水化熱溫升。

砼入倉(cāng)后的溫升主要由水泥水化熱引起，同時(shí)也與入倉(cāng)溫度、氣溫、散熱條件和澆筑塊的厚度有關(guān)[11-15]。砼水化熱溫升的精確計(jì)算較復(fù)雜，現(xiàn)參照有關(guān)資料按式（6）進(jìn)行計(jì)算：

[Tr=Nθ0]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

式中，[θ0]為砼最終絕熱溫升，℃。如前述，二級(jí)配常態(tài)砼[θ0]取42.5℃，三級(jí)配常態(tài)砼[θ0]取41.3℃;[N]為函數(shù)，與澆筑厚度、澆筑溫度、時(shí)間、砼導(dǎo)溫系數(shù)有關(guān)，可從有關(guān)資料圖表查得。砼最高溫度計(jì)算結(jié)果，2m厚底板，坍落度5～7cm，二級(jí)配砼，如表3所示。

從表3可知，砼最高溫度出現(xiàn)在澆筑后第4天，為58.0℃。

若采用30℃和水拌和砼，則砼最高溫度[Tmax]=60.4℃。

3 溫控效果

3.1 溫度監(jiān)測(cè)

①在砼澆筑過(guò)程中進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。每4h測(cè)一次砂、石、水、溫度、砼出機(jī)口溫度和澆筑溫度，并同時(shí)記錄當(dāng)時(shí)的氣溫。澆筑溫度的測(cè)量為每100m2倉(cāng)面面積應(yīng)不少于一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一澆筑層應(yīng)不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

②埋設(shè)內(nèi)部溫度計(jì)。每塊底板共布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)在距頂面和基礎(chǔ)面各20cm處和底板中部各埋設(shè)一只溫度計(jì)，各測(cè)點(diǎn)電纜集中引至觀測(cè)站。由專人進(jìn)行溫度計(jì)的埋設(shè)、維護(hù)、觀測(cè)和資料整理。砼澆筑后即開(kāi)始測(cè)量，前7d每天觀測(cè)3次，以后每天1次。

3.2 效果評(píng)價(jià)

3.2.1 澆筑過(guò)程測(cè)溫。以1#2#機(jī)組底板砼為例，澆筑方量2 370m3，澆筑時(shí)間8月16日08：30開(kāi)盤(pán)至8月21日06：00收盤(pán)，歷時(shí)118h，澆筑期氣溫：白天33～34℃，晚上23～25℃。

實(shí)測(cè)砂子溫度：白天27～29℃，晚上23～24℃;實(shí)測(cè)石子溫度：白天26～28℃，晚上23～24℃;實(shí)測(cè)水溫度6～11℃;實(shí)測(cè)砼出機(jī)口溫度：白天27～29℃，晚上25～27℃;實(shí)測(cè)砼入倉(cāng)溫度：白天30～31℃，晚上26～28℃;實(shí)測(cè)砼澆筑溫度：白天31.5～32.5℃，晚上26～28℃。由于采用了7℃冷水拌和砼（包括減水劑調(diào)制），并對(duì)石子骨料用7℃冷水進(jìn)行噴淋冷卻，最終得出：在8月份白天氣溫為33～34℃的情況下，砼出機(jī)口溫度降低到27～29℃;晚上23～24℃，降低了5～6℃。

3.2.2 澆筑后測(cè)溫。仍以1#2#機(jī)組底板為例。其中溫度計(jì)2#、5#、6#測(cè)點(diǎn)的砼溫度情況見(jiàn)表4。

從表4可以看出，砼的最高溫度出現(xiàn)在澆筑后的第3～5d，且在砼的中部，以后逐漸下降，到28d時(shí)已降至30℃左右，以后將更加緩慢，1#、2#機(jī)組底板砼實(shí)測(cè)最高溫度[Tmax]=57.6℃，與計(jì)算的[Tmax]=58.0℃非常接近。

3.2.3 評(píng)價(jià)。太浦河泵站工程主泵房流道底板、墩墻、頂板砼施工，由于采用了比較完整有效的溫控措施，較好地降低了水化熱溫升。在8月份氣溫為32～34℃的情況下，使砼的最高溫度由不采取溫控措施時(shí)可能達(dá)到的60.4℃降低到57.6℃，取得了較好的效果。在砼澆筑過(guò)程中，采用7℃冷水拌和和骨料噴淋降溫等有效措施，同時(shí)及時(shí)在砼表面采用薄膜和麻袋進(jìn)行覆蓋，以保濕保溫、延長(zhǎng)拆模時(shí)間、減小內(nèi)外溫差，此外，還在頂板砼中摻加了WG-HEA抗裂防水劑，收到了良好的效果。在竣工驗(yàn)收檢查中，未發(fā)現(xiàn)砼有任何裂縫，為獲取上海市優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)和“白玉蘭”獎(jiǎng)奠定了基礎(chǔ)。

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