溫東北，李強(qiáng)，曾勝，常穎

[1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310023；2.中電建華東勘測設(shè)計(jì)院（深圳）有限公司，廣東 深圳518100；3.廣東能源集團(tuán)（云?。┬钅馨l(fā)電有限公司，廣東 云浮527300]

0 引言

江門中微子實(shí)驗(yàn)站配套基建工程是目前在建的世界上能量精度最高、最大的液體閃爍體探測器之一。該實(shí)驗(yàn)站由地下部分和地上部分組成。其中地下建筑主要為斜井、豎井、實(shí)驗(yàn)廳及附屬洞室。工程的核心建筑實(shí)驗(yàn)廳最大埋深約700 m，為深埋大型地下洞室。實(shí)驗(yàn)廳▽-430高程以上凈尺寸為：56.25 m×49 m×27 m（長×寬×高）。▽-430高程以下為實(shí)驗(yàn)廳內(nèi)水池，水池高45.8 m、凈內(nèi)徑43.5 m、襯砌厚度70 cm。水池內(nèi)部實(shí)景見圖1。在實(shí)驗(yàn)過程中，液體閃爍體探測器整個(gè)球體浸泡在水池中間，球體和水池壁之間充填超純水。由于抗放射性的實(shí)驗(yàn)需求，池壁混凝土不能有裂縫，以防止外部水滲入污染超純水導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。實(shí)驗(yàn)階段的環(huán)境溫度（簡稱實(shí)驗(yàn)溫度）設(shè)定為恒定22℃，而實(shí)驗(yàn)水池的巖體及地下水溫度在31℃，因此混凝土的溫度變化過程為：澆筑溫度→最高溫度→環(huán)境溫度→實(shí)驗(yàn)溫度。本文研究了原材料選用和溫控措施對混凝土降溫效果的影響，探討了通過控制混凝土內(nèi)部極值溫升及溫降梯度對控制混凝土產(chǎn)生裂縫、的方法，施工工藝可謂類似工程提供參考。

1 工程環(huán)境及條件

水池混凝土主體結(jié)構(gòu)分為底板和側(cè)墻，底板混凝土厚度為0.9～1.8 m，側(cè)墻混凝土厚度為0.7 m，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30P8。底板分為7個(gè)區(qū)域（1區(qū)～7區(qū)）澆筑，面積最大的為7區(qū)，澆筑面積570 m2，混凝土總方量約550 m3。側(cè)墻分為6個(gè)區(qū)域澆筑，每個(gè)區(qū)域分為18層，單層高度2.44 m，單倉混凝土設(shè)計(jì)方量為45 m3。底板采用小鋼模拼制，側(cè)墻采用懸臂模板。混凝土采用HZS-60拌合站生產(chǎn)，生產(chǎn)能力15～20 m3/h。混凝土運(yùn)輸分為井上水平運(yùn)輸、豎井垂直運(yùn)輸、井下水平運(yùn)輸?；炷翉陌韬蜆浅鰴C(jī)口到澆筑現(xiàn)場的運(yùn)輸時(shí)間約90～120 min，泵送入倉。

混凝土澆筑時(shí)間為3月中旬至7月中旬，當(dāng)?shù)?、4月份氣溫21～28℃，5～7月份氣溫26～35℃。地下洞室的巖體及地下水的溫度為32.0～34.5℃。

2 混凝土設(shè)計(jì)溫控指標(biāo)及理論溫升

根據(jù)GB 200—2003《中熱硅酸鹽水泥低熱硅酸鹽水泥低熱礦渣硅酸鹽水泥》、GBT 51028—2015《大體積混凝土溫度測控技術(shù)規(guī)范》和GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》，混凝土澆筑體內(nèi)部最高溫度不大于55℃，混凝土澆筑體里表溫差不宜大于25℃，混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d，混凝土澆筑體表面與環(huán)境溫度差不宜大于20℃，混凝土澆筑溫度控制在22℃，與出機(jī)口溫度之差小于3℃[1]。1#混凝土樣品的設(shè)計(jì)配合比見表1。

表1 1#混凝土樣品設(shè)計(jì)配合比 kg/m3

表1中，水泥：石門公司低熱P·LH42.5水泥，此項(xiàng)目專供；碎石：5～16 mm、16～31.5 mm單級(jí)配花崗巖碎石；砂：當(dāng)?shù)亟ㄖ命S砂，細(xì)度模數(shù)2.5～3.0；聚羧酸減水劑：粉狀，減水率32%；拌合水：經(jīng)凈化處理后的地下水。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，未采取溫控措施的前提下，混凝土的理論溫度計(jì)算如下：

拌合樓出機(jī)口溫度T0：

式中：CS、CC、CW——分別為砂石骨料（含粉煤灰）、水泥、水（含外加劑）的比熱容，J/kg；

WS、WC、WW——分別為砂石骨料（含粉煤灰）、水泥、水（含外加劑）的質(zhì)量，kg；

TS、TC、TW——分別為砂石骨料（含粉煤灰）、水泥、水（含外加劑）的溫度，℃。

為了便于計(jì)算，砂石骨料及粉煤灰比熱容取920 J/kg；外加劑與水混合，比熱容取4186 J/kg；水泥比熱容為840 J/kg。除了水泥溫度取60℃外，其余材料溫度取5月中旬當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁?0℃。

混凝土內(nèi)部最高溫度Tmax按式（2）計(jì)算：

式中：T0——混凝土出機(jī)口溫度，℃；

Q——每立方混凝土中水泥總用量，kg；

F——每立方混凝土中粉煤灰總用量，kg。

從以上計(jì)算可以得出，如果不采取溫控措施，出機(jī)口溫度及混凝土內(nèi)部最高溫度將超過各自設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。

3 采取的主要溫控措施

（1）混凝土骨料溫度控制：①擴(kuò)大骨料倉容量，骨料在低溫季節(jié)預(yù)先備好，堆料高度為4～6 m；②骨料倉搭設(shè)遮陽棚，周邊密封隔熱；③拌合站上料皮帶設(shè)置遮陽涼棚。

（2）采用2臺(tái)循環(huán)冷水機(jī)組生產(chǎn)冷水送到蓄水池，降低拌合水溫度。

（3）采用低熱硅酸鹽水泥P·LH42.5?？紤]到本項(xiàng)目對混凝土的特殊要求，增加了氧化鎂的含量。經(jīng)過檢測及試驗(yàn)，水泥化學(xué)性能、物理性能、膨脹率見表2～表4。

表2 低熱P·LH42.5水泥的化學(xué)性能

（4）溫控措施效果：采取上述溫控措施后，骨料溫度在4月份平均溫度為25.5℃，5、6月份為29.0℃。經(jīng)過冷水機(jī)組降溫后水的平均溫度為12.7℃。水泥采用加長出廠囤積時(shí)間的措施，運(yùn)輸?shù)焦さ睾鬁囟葹?3℃。采用低熱水泥，平均7 d水化熱降至232 J/g左右。

根據(jù)以上溫控效果，混凝土出機(jī)口溫度計(jì)算值T0=25.55℃，現(xiàn)場實(shí)際測得出機(jī)口溫度為25.56～28.56℃。實(shí)際出機(jī)口溫度高于計(jì)算值的主要原因是：（1）砂石骨料的含水率不同；（2）骨料從料倉通過裝載機(jī)上料到拌料罐內(nèi)有時(shí)間差，引起骨料溫度上升。

由于采用低熱水泥，其水化熱大幅降低，根據(jù)式（2）計(jì)算得到的Tmax為52.05～55.06℃

4 混凝土的室內(nèi)物理性能試驗(yàn)

在混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中，還進(jìn)行了混凝土的物理性能試驗(yàn)，考慮進(jìn)一步控制溫升，相比于1#混凝土樣品，其中的外加劑改為YYJI緩凝型外加劑（減水率27%，含固量12.63%），其他材料來源及性質(zhì)均相同。經(jīng)優(yōu)化后制得2#混凝土，試驗(yàn)配合比如表5所示。

對2#混凝土樣品進(jìn)行絕熱溫升試驗(yàn)，混凝土出機(jī)口溫度13.71℃，28 d絕熱溫升為38.96℃。其絕熱溫升隨時(shí)間變化如圖2所示。

由圖2可見，在最初的10 d內(nèi)混凝土內(nèi)部溫升明顯，而后溫升變化趨緩。

5 現(xiàn)場混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測

為掌握混凝土內(nèi)部溫度情況，每倉混凝土埋置3個(gè)電阻式溫度計(jì)，埋深位置分別為混凝土表面以下10 cm、中間、基巖面以上10 cm。溫度測量從澆筑結(jié)束的第2 d開始監(jiān)測，結(jié)果顯示，混凝土表面以下10 cm與中間部位溫度相差2.5～3.0℃，中間部位最高溫度最大值為59.1℃，最小值為49.8℃，平均值為54.8℃。118倉混凝土中有3個(gè)倉的最高溫度超過了55℃，111個(gè)倉的最高溫度在50～55℃，4個(gè)倉的最高溫度低于50℃。以6區(qū)底板及第18B層側(cè)墻為例，其溫度變化情況如圖3所示。

由圖3可見，混凝土內(nèi)部溫度在澆筑結(jié)束后第3～4 d達(dá)到峰值，隨后逐步下降，這與室內(nèi)絕熱溫升試驗(yàn)溫度曲線在3～4 d出現(xiàn)拐點(diǎn)結(jié)果基本吻合。溫降梯度在0.6～2.7℃/d，平均溫降梯度1.59℃/d。在澆筑結(jié)束后的第17 d基本和外部環(huán)境溫度一致。

溫控效果和設(shè)計(jì)要求對比情況見表6。

表6 溫控效果與設(shè)計(jì)要求對比

由表6可見，混凝土的溫控設(shè)計(jì)指標(biāo)如平均溫降梯度、混凝土內(nèi)外溫差符合設(shè)計(jì)要求。

6 混凝土裂縫檢測情況

在混凝土全部達(dá)到齡期后，采用SIR-20型地質(zhì)雷達(dá)對混凝土內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測，在水池內(nèi)壁垂直方向共布置69條物探測線，線距約2 m，測線長度44 m，共3036 m；在水池下部沿圓周方向探測1周，測線長度約為138 m，所有測線長度合計(jì)3171 m，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)成果剖面圖顯示，大部分測線布置區(qū)域HDPE膜和混凝土結(jié)構(gòu)的接觸質(zhì)量較好，HDPE膜和混凝土結(jié)構(gòu)接觸部位未發(fā)現(xiàn)大規(guī)?？斩春褪杷刹幻軐?shí)、大裂縫等隱患區(qū)域。通過混凝土的外觀檢查，混凝土表面無滲水情況，在施工縫極個(gè)別位置有陰濕情況，存在細(xì)微裂縫，經(jīng)過接觸灌漿后，陰濕現(xiàn)象消失。

7 結(jié)論和建議

從溫控測量數(shù)據(jù)及后期混凝土裂縫檢測結(jié)果分析，江門中微子實(shí)驗(yàn)站配套基建工程實(shí)驗(yàn)廳水池混凝土的溫控達(dá)到預(yù)期效果。

（1）原材料的溫控措施雖然效果不是很明顯，但是在廣東地區(qū)高溫季節(jié)施工，出機(jī)口溫度控制在28.56℃以內(nèi)，對降低澆筑溫度還是起到一定效果，同時(shí)也說明想要降低出機(jī)口混凝土溫度，必須在降低骨料溫度上采取措施。

（2）118倉混凝土中有3個(gè)倉的最高溫度超過了55℃，111個(gè)倉的最高溫度在50～55℃，4個(gè)倉的最高溫度低于50℃。最高溫度達(dá)到59.1℃，不排除溫度計(jì)誤差導(dǎo)致。因此最高溫度的控制是有效的，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）平均溫降梯度為1.59℃/d，符合設(shè)計(jì)要求，這得益于澆筑環(huán)境外部溫度較高且比較穩(wěn)定，同時(shí)與混凝土體型較薄也有一定關(guān)系。

（4）采用P·LH42.5低熱水泥后，水化熱大幅降低，這是混凝土溫度控制在55℃以內(nèi)的關(guān)鍵因素。在其他溫控措施效果不明顯的情況下，采用低熱水泥不失為較好的選擇。

（5）2#混凝土樣品配合比選用的YYJI緩凝型減水劑其與低熱水泥的適配性不夠穩(wěn)定。盡管在配合比設(shè)計(jì)階段選用了多種減水劑進(jìn)行試配，但是效果都不夠理想，表現(xiàn)為混凝土的坍落度呈不穩(wěn)定性。另外，使用此種外加劑會(huì)延長混凝土的初凝時(shí)間，從而影響模板的拆除進(jìn)度。