摘要：船闸大体积混凝土施工应控制基础温差，上下层温差，内处温差，入仓温度及浇筑块内最高温度，避免过大的温度应力而产生危害性裂缝，研究试验混凝土配合比适当掺入外加剂，来延长混凝土初凝时间，达到增强结构整体性，耐久性，抗渗性之目的。通过对温控结果的数据分析，表明混凝土温控技术对大体积混凝土裂缝控制效果显著，确保了施工质量。
关键词：大体积；混凝土温控；船闸
1工程简介
某枢纽船闸工程位于广东省清远市，为该枢纽的改、扩建工程，工程主要建设内容包括新建二线船闸及重建一线船闸，二线船闸有效尺度采用220m×23m×4.5m，拆除重建一线船闸有效尺度采用140m×23m×4.5m，一、二线船闸上下游均共用引航大道方案。工程主要水工建筑物有闸首、闸室、导航墙、靠船墩、隔流堤及护坡等。本工程的闸首、闸室底板等结构尺寸较大，属大体积砼，砼凝结过程中产生大量的水泥水化热，产生较大的温度应力。若不采取措施，会产生裂缝，严重影响外观质量和实体质量。需要采取温控措施，达到控制温度裂缝的目的，确保工程质量。
2 温控标准
2.1 规范标准
《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS 202-1-2010）标准如下：
A 混凝土浇筑温度不高于30℃，不低于5℃；
B 混凝土内表温差不大于25℃；
C 混凝土内部最高温度不高于70℃；
D 混凝土块体降温速率不大于2℃/d.
3 温控计算
3.1 混凝土出机口温度计算
3.1.1 出机口温度计算公式
混凝土出机口温度主要取决于拌和前各种原材料的温度，拌和时机械热产生的温度甚微，可忽略不计。利用拌和前混凝土原材料总热量与拌和后流态混凝土总热量相等的原理，可求得混凝土的出机口温度T0，计算公式按《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS 202-1-2010）的附录D.1.1。
3.1.2 原材料温度计算取值
（1） 砂、石骨料的温度，若不采取冷却措施（料堆高度小于5m，不预冷），受太阳暴晒影响，一般要高于平均气温（月平均）3℃～5℃。但由于料层本身具有隔热性能，可使料堆内部的骨料温度基本稳定，不受太阳暴晒和昼夜气温剧烈变化的影响，因此距料堆表面1.5m以下的料温变化甚小，不受日气温变化的影响，接近月平均气温。本工程通过对砂、石骨料采取遮阳、堆高、冷却水喷雾降温、以及选择气温较低日或晚上进料等措施，根据工程经验，遮阳、堆高等措施可使砂、石骨料比自然环境下的最高温度降低1℃~5℃，可以抵消大阳爆晒的升温影响。故在本工程施工中，砂石骨料按月平均温度取值进行组合计算。
（2） 水泥和粉煤灰的温度都较高，根据现场实际情况，水泥取值从60℃至100℃、粉煤灰温度取值45℃至65℃进行组合计算。
（3） 拌和用水采用抽取地下水或附近深水区的河水。先按各月的平均温度进行组合计算，然后再对高温时段的水采取降温措施后的水温系列进行组合试算，进而找出合适的措施和水温。
3.2 混凝土浇筑温度计算
3.2.1 混凝土浇筑温度计算公式
混凝土浇筑温度计算公式按《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS 202-1-2010）的附录D.2.1。
Tp=To+（Ta-To）*（θ1+θ2+θ3）+Tf
3.3 混凝土内部最高温度计算
3.3.1 混凝土内部最高温度计算公式
（1） 根据《水运工程大体积混凝土温度裂綘控制技术规程》附录C.1.1，混凝土内部最高温度可按下式计算：
Tmax＝Tp＋ζTα＋Ｔco
式中 Tmax—混凝土内部最高温度（℃）；
Tp—混凝土浇筑温度（℃）；
ζ—温升折减系数；
Tα—混凝土最终绝热温升（℃），（计算公式见《水运工程大体积混凝土温度裂綘控制技术规程》附录B.0.2），计算出绝热温升为32℃。
3.4 各种材料温度变化对出机口混凝土温度的影响程度计算
（1） 水温变化的影响
计算条件：粗细骨料均采用自然状态温度，粉煤灰45℃，水泥70℃，水温是变量。所以，△To/△Tw =0.195，，即To每降低1℃，需降低水温5.12℃（注：△To/△Tw为定值，不受胶凝材料及砂石料温度影响。以下同理类推。）
（2） 水泥温度变化的影响
计算条件：粗细骨料均采用自然状态温度，粉煤灰45℃，水温18℃，水泥温度是变量。
△To/△T水泥 =0.073，即To每降低1℃，需降低水泥温度13.77℃
上述计算条件下，混凝土出机口温度与水泥温度成线性关系，水泥温度每变化1度，将使混凝土出机口温度变化0.073度。
（3） 石子温度变化的影响
△To/△Tg =0.442，即To每降低1℃，需降低石子温度2.26℃。
3.5.1 各种材料对混凝土温控的敏感程度
通过计算可知影响混凝土出机口温度的各种材料中，按影响程度大小的顺序是：粗骨料、细骨料、水、水泥。实际生产中，从技术和经济的综合因素考虑，可采用的做法是：砂石料——采取遮阳、喷雾等降温措施；水——抽取地下水或附近深水区的河水、用冷却水拌和；水泥——要求厂家按规定的标准供货；粉煤灰——要求厂家按规定的标准供货。
3.5.2各种材料温度组合对混凝土温度的影响
根据组合计算结果，即：粗、细骨料和水均采用当月的平均气温，水泥温度60℃以下，粉煤灰45℃以下，混凝土的浇筑温度和内部最高温度均能满足设计和规范要求（约束区和非约束区均符合要求），但内表温差超出规范1～3℃。拟采用保温措施来减小混凝土的内表温差，使之符合要求。
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4 大体积混凝土温控措施
4.1 优选原材料
为了选择符合本船闸工程混凝土的原材料，通过对周边地区相关材料的市场调研和室内试验质量检验，最终选择某水泥厂P.O42.5水泥（3d水化热210 KJ/kg，7d水化热260KJ/kg）、某发电厂II级粉煤灰、附近临江河砂、当地碎石及某公司的JB-ZSC聚羧酸高性能缓凝型减水剂，混凝土拌和用水采用抽取地下水或附近深水区的河水。
4.2 优化混凝土配合比
根据水泥、粉煤灰、砂石骨料及其他原材料试验，专题进行混凝土配合比设计。在满足施工图纸要求的混凝土强度等级、抗渗等主要指标的前提下，根据现场施工工艺要求，优化混凝土施工配合比，最大限度地改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。
混凝土施工配合比采用较小的坍落度（70mm ~ 90mm），水胶比为0.55，选择较小的砂率（约36%），尽量使用三级配碎石（如基础部位等），并增加粉煤灰掺量（约20%），同时掺入优质高效缓凝型的减水剂，进一步减少水泥等胶凝材料的用量，从而降低胶凝材料水化热温升和最高温度。
4.3 出机口温度和浇筑温度控制措施
4.3.1 出机口温度控制措施
通过对水泥、粉煤灰、粗细骨料、拌和用水等原材料的温度控制来达到控制出机口温度的目的，原材料主要通过下述方法控制：
（1） 控制水泥和粉煤灰的入罐温度。
（2） 粗细骨料料仓、配料斗、上料皮带等全部采用彩钢瓦遮阳棚，其中粗细骨料料仓遮阳棚顶下设置喷雾降温系统。
（3） 粗、细骨料尽量在气温较低日或夜间低温时间进料，堆料高度要6m以上，料仓储量需满足混凝土浇筑高峰期连续3天或以上的生产量。各种骨料骨料要充分脱水，其中河砂含水率不超过6%。
4.3.2 浇筑温度控制措施
（1）采用6m3或以上自卸车运输混凝土至浇筑现场，再喂料给履带式布料机通过皮带输送入仓，分别在自卸车和布料机皮带上方设遮阳棚，减少混凝土转运造成的温升。
（2）合理布置现场运输道路，加强道路填筑质量，根据施工强度合理安排运输车辆，严格控制混凝土在车上的滞留时间，确保混凝土运输时间控制在10min左右。
（3）在拌合楼入口设洒水装置，对自卸车车厢进行降温湿润；同时在自卸车车厢上搭设活动式遮阳帆布，减少混凝土在运输过程中吸热温升。
（4）根据混凝土入仓设备的工作状态，分析设备的入仓能力，采用合适的浇筑顺序和浇筑方法。对于夏季施工的大面积仓面，尽量采用台阶式浇筑混凝土，以缩短覆盖时间，防止热量倒灌。
（5）同时加强现场施工组织与管理，采用履带式布料机快速入仓，做到混凝土料入仓后及时平仓摊铺和及时振捣，确保浇筑仓的每个摊铺层的层间间隔时间控制60min内，减少混凝土在浇筑过程中的温度回升。
（6）在浇筑仓周边设置喷雾系统仓面喷雾，形成人工气候小环境，提高空气湿度，降周围的温度，达到控制浇筑仓环境温度的目的。
（7）对于下料暂停的仓面要及时覆盖，降低混凝土表面水分蒸发，也防止混凝土外部高温倒灌。
4.4 内部最高温度控制措施
在混凝土中掺入缓凝外加剂。延长混凝土凝结时间，将大体积砼通过纵缝、横缝、水平缝分层分块，有利于增加散热面积，降低内部最高温度，减少混凝土块体的约束力，以适应温度变形，防止产生温度裂缝。船闸大体积结构混凝土采用分层分块浇筑，层间间歇时间不大于7天。混凝土分块按设计结构缝要求进行，对于闸首和闸室底板，设纵向齿型施工缝，将底板分成左、中、右三小块施工。
4.5 混凝土浇筑控制措施
大体积混凝土采用大型水工型强制式搅拌站集中生产，新拌混凝土要求品质均匀、性能稳定，在出机口和仓面进行混凝土拌和物的拌和质量和温度检查，避免出现泌水、离析和较大坍落度损失，使混凝土离差系数得到有效控制，从生产的各个环节都要把好质量关，提高混凝土生产质量。试验室加强原材料质量检测和控制，特别是砂石含水量和含泥量的检测和控制，搅拌站应严格按照配合比和搅拌时间进行混凝土生产，以确保混凝土生产质量稳定。
4.6 表面保温和养护措施
混凝土浇筑完毕后及时养护，养护时间不少于14d，特别是早期，避免太阳曝晒和风吹。混凝土养护方式根据浇筑部位和现场实际情况采用覆盖、蓄水、洒水、喷雾等，可以有效地降低混凝土的内表温差。在模板内侧铺设透水模板布，透水模板布具有透气透水功能，有效地控制混凝土表面气孔气泡的产生；降低了混凝土表面水胶比，获得光滑致密结实的表面，改善了混凝土表面质量；同时还有保水养护功能，有效地抑制混凝土表面微裂缝的产生。混凝土永久外立面采用流水养护，采用25mm的钢管或32mm的聚乙烯（PE）塑料管，每隔20～30cm 钻孔径1mm左右的小孔，挂在模板上或外露拉筋上，孔口面对混凝土壁面通水养护。拆模后即开始流水养护，养护时间为14天以上，水管随模板上升而上升，实行不间断的流水养护。
5 施工期温控监
5.1 温控组织机构
因影响船闸结构温度场和应力场的因素多，包括结构型式、混凝土材料特性、施工方法、施工过程、浇筑温度、环境条件、基础约束、养护方式、寒潮冷击等，所以在船闸施工期内，专人负责温控，专门监控大坝混凝土的温度变化和温控措施的落实，以及时掌握大体积混凝土的温度变化情况，并迅速采取温度控制措施以减小混凝土内外温差，有效防止混凝土裂缝。为此工程施工前建立了温控管理小组。
6 结论
6.1 总体要求
大体积混凝土施工过程中应监测混凝土浇筑温度、内部温度、环境温度、冷却水温度等参数，同时监控内表温差和降温速率，并及时调整和优化温控措施。
6.2 原材料温度监测措施
在浇筑大体积混凝土前后过程中，采用温度计对现场的水泥、粉煤灰、砂石骨料和拌和用水等原材料进行温度监测，其中水泥、粉煤灰每次进场时监测一次，砂石骨料和拌和用水每1h监测一次。（见《水利水电工程施工手册》p474）
6.3 出机口温度和浇筑温度监测措施
出机口温度和浇筑温度采用混凝土专用测温计监测，每2h一次监测一次。（见《水利水电工程施工手册》p474）
6.4 环境温度监测
环境温度监测每6h监测一次。
6.5 混凝土内部温度监测
温度测点布置：从边墩底板中心沿长边和短边布置，测点间距控制在4~5m，每段边墩底板上预埋6个测温孔。测温孔在混凝土浇筑前将测温孔管或脚手钢管预先设置在底板内，高出板顶10cm，并固定于底板筋上，上口临时用海绵封口，下口事先用钢板封口，防止混凝土浇筑时砂浆渗入钢管内。
参考文献
[1]施工合同、现有施工图纸；
[2]《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》（JTS 202-1-2010）；
[3]《水利水电工程施工手册》；
[4]国家及行业技术规范、规程、标准。
论文作者:卢琦
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/26
标签：混凝土论文; 温度论文; 骨料论文; 船闸论文; 体积论文; 措施论文; 水泥论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;