淺論大體積混凝土溫控綜合措施

張 良 陳東風

（江蘇省鎮江市城市水利管理處 鎮江 212000）

淺論大體積混凝土溫控綜合措施

張 良 陳東風

（江蘇省鎮江市城市水利管理處 鎮江 212000）

對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裂，須采取降低水化熱和變形，降低混凝土內外溫差，加強保濕養護等溫控綜合措施以減少裂縫，防止有害裂縫產生。

大體積混凝土 溫控綜合措施 結構自防水 超長結構無縫設計

1 前言

引航道水利樞紐工程主體兩個中孔閘墩單體混凝土工程量約10500m3，一半以上結構常年處于水下。為使大體積混凝土不產生危害性貫穿裂縫，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綜合措施，以保證工程安全。采取的溫控綜合措施主要有：設置膨脹加強帶；選擇合適的膨脹劑；優化配合比設計；細化施工澆筑方案；埋設冷卻水管；加強保溫保濕養護等相應措施，做到多管齊下，采取綜合性溫控應對措施，在工程實際中取得了良好的效果，具有較好的推廣意義。

2 工程概況

鎮江市引航道水利樞紐工程位于鎮江市北部內江與長江鎮揚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，其中兩個中孔閘墩（ZD1、ZD2）為空腔式，空腔內布置雙向泵站，單體混凝土工程量大,分五次（五層）現場澆筑。

3 混凝土結構自防水和超長結構無縫施工技術的基本原理

3.1結構自防水設計

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《地下工程防水技術規范》（GB50108）在地下工程防水設計中，強調結構自防水是“首選”防線。結構自防水的關鍵是混凝土能否抗裂，這是抗滲的前提：一是地基要牢靠，不能產生不均勻沉降裂縫，二是采用補償收縮混凝土和適當的配筋率。

3.2超長結構無縫設計和施工技術

所謂“無縫設計”是個相對概念，根據結構情況，可無縫或少縫，專指釋放收縮應力的后澆縫，不包括沉降縫。無縫設計思路是“抗放兼備，以抗為主”。超長結構收縮應力集于中部，為防裂而設后澆帶。補償收縮混凝土的膨脹加強帶一般設在后澆帶位置上。根據板的厚度，帶寬為2～3m，帶兩側設密孔鐵絲網，并用立筋φ16～18@300加固，目的是防止兩側混凝土流入帶內。施工時，帶外用小膨脹率混凝土，澆筑到加強帶時，改用大膨脹率混凝土，其強度等級比兩側混凝土提高一個等級。澆筑到另一側時，又改為小膨脹率混凝土。如此循環下去，可連續澆筑100～120m超長結構。膨脹加強帶可采用連續式、間歇式或后澆式等形式。連續式膨脹加強帶見圖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構，混凝土干縮及因散熱降溫引起的冷縮極易引起混凝土開裂。該工程工期緊、任務重，質量要求高，經多方開會討論，須采取降低水化熱和變形，降低混凝土內外溫差，加強保濕養護等措施以減少裂縫，溫控綜合措施主要有：（1）設置膨脹加強帶；（2）選擇合適的膨脹劑；（3）優化配合比設計；（4）細化施工澆筑方案；（5）埋設冷卻水管；（6）加強保溫保濕養護。

4.1膨脹加強帶

4.1.1膨脹加強帶的設置

根據前述混凝土結構自防水和超長結構無縫施工技術的基本原理，經討論研究，確定了中孔閘墩底板和閘墩墩身的膨脹加強帶具體設置位置。由于閘墩墩身較底板薄，受底板的約束較大，且混凝土墻面養護較難，為此，除了在垂直加強帶的側面設附加鋼筋外，另在閘墩墩身設二道高1m的“水平暗梁”，以抵抗混凝土收縮應力導致墩身裂縫的出現。中孔閘墩膨脹加強帶、“水平暗梁”的布置見圖2。

4.1.2膨脹加強帶的做法

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

4.2膨脹劑的選擇

膨脹劑只要性能符合標準要求，均可配制出性能優越的補償收縮混凝土，其自身技術沒有多大差別，質量的差異由生產企業的生產管理水平決定。該工程選用硫鋁酸鈣類膨脹劑UEA。

4.3配合比設計

4.3.1設計原則

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。配置的混凝土應具有良好的工作性能，在滿足混凝土強度的同時，應滿足工程使用部位相應的混凝土限制膨脹率，應充分考慮混凝土的耐久性能。

4.3.2原材料

水泥：P.O42.5級普通硅酸鹽水泥；

骨料：中砂，細度模數2.6；石子，5-31.5連續級配；

粉煤灰：Ⅰ級灰；

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

經配合比優化設計，確定混凝土施工配合比，配合比見表1。

圖1 連續式膨脹加強帶圖

圖2 中孔閘墩膨脹加強帶、“水平暗梁”設置示意圖

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），順水流向長48m、寬21m，底板頂面高程在-4.00～-2.60m之間，總方量約1800m3。

根據混凝土底板整體性的要求，倉內澆筑時按“斜面分層”的方式連續澆筑成型。首先從內江側齒坎開始澆筑，澆平齒坎后，從內江側向外江側斜面攤鋪，平行推進。每層混凝土厚度控制在40cm左右，經計算每層混凝土澆筑量約84m3，完成時間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48m，寬21m，最大高度（進水側）為3.4m，最小厚度1.0m，單體混凝土量約1800m3；第二次為進水流道層，48m× 21m，頂高程為1.3～0.8m（進水流道段不等高），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（進水側）和5.2m（出水側）；第四次為上下游空箱及電機層，頂高程為12.53m（進出水段）和10.0m（電機層段）；第五次為泵站檢修平臺層，頂高程為15.0m；第四次、第五次合并為一次澆筑完成，進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圖3。

4.4.3預埋冷卻水管

在中孔閘墩底板中預埋Φ40mm的鋼管，待混凝土初凝后通入冷卻水，降低混凝土內部溫度，減少混凝土內外溫差。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2m，因此計劃在墩墻中預埋豎向冷卻管，埋管規格同底板，按1m間距沿墩墻縱向布置于墩墻中間位置。

在通水冷卻過程中注意控制以下幾點：

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

（3）通過冷卻水的流量和流速來控制管中進出水流的溫差在10℃左右；

（4）當混凝土內外溫差不超過20℃時停止循環水冷卻工作，割除超出底板側面的網管，用C35細石混凝土封堵管口。

4.5施工養護

混凝土的養護工作對混凝土表面的質量及減少混凝土表面收縮裂縫尤顯重要。養護工作安排專人和專用機具進行，養護時間不少于14d。底板及墩墻混凝土初凝后采取以下幾項措施進行養護：

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

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

5 溫控監測

混凝土澆筑完成后，為了及時掌握底板溫度在平面上的差異，控制混凝土內部與表面溫差在25℃以內，以便調整養護措施；同時為了控制降溫速率，保持混凝土每天降溫速率不超過2℃，為變換冷卻水通水方向提供理論依據。

ZD1底板于2009年4月12日10時開始澆筑，2009 年4月14日2時結束，共計澆筑40h。ZD1底板經過7d的觀測，混凝土內部最高溫度為57℃，混凝土內部與表面溫差20℃。ZD2底板于2009年4月16日18時開始澆筑，2009年4月18日14時結束，共計澆筑44h。ZD2底板經過7d的觀測，混凝土內部最高溫度為57℃，混凝土內部與表面溫差20℃。溫升峰值出現在混凝土初凝后3～4d，以后溫度逐漸下降。從實測結果看，混凝土內部與表面溫差小于20℃，說明混凝土的溫控效果較好。

6 結語

混凝土結構的裂縫控制是一項系統工程，涉及設計、施工、材料和管理等各個方面。補償收縮混凝土施工時，要針對工程特點和膨脹混凝土的特性，混凝土的振搗必須密實，不得漏振、欠振或過振。在混凝土終凝以前，要用人工或機械多次抹壓，防止表面沉縮裂縫的產生，以免影響外觀質量。摻膨脹劑的混凝土要特別加強養護，膨脹結晶體鈣礬石生成需要水，補償收縮混凝土澆筑后早期7～14d濕養護，才能發揮補償收縮混凝土的膨脹效應。

采用補償收縮混凝土，在材料方面，關鍵措施是在滿足結構要求的前提下，通過摻加膨脹劑、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，延緩混凝土的凝結時間，推遲混凝土水化熱峰值，使混凝土在開始降溫時，讓其抗拉強度能夠得到足夠的增長。同時根據工程特點和使用部位，合理確定水泥品種，膨脹劑的摻量，配制出膨脹性能大，補償收縮性能好，施工容易，強度有保證，科學合理的設計補償收縮混凝土配合比是關鍵。

該工程在采取了溫控綜合措施，保證了工程實體結構的完好，至今未出現一條危害裂縫，在類似大體積混凝土施工項目中值得推廣和應用■