淺析降低高溫差地區混凝土溫度裂縫缺陷率

潘 智

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，成都 610072)

1 工程說明

1.1 工程概況

金沙水電站位于金沙江干流中游攀枝花河段上，壩址位于四川省攀枝花市，樞紐布置為：右岸布置導流明渠，縱向圍堰壩段以左布置3個孔口尺寸為14.5m×23m(寬×高，下同)的泄洪表孔，以右布置2個孔口尺寸為14.5m×23m的泄洪表孔，河床及左岸布置河床式電站廠房，電站總裝機容量為560MW(4×140MW)，施工導流采用三期導流方式。河床混凝土重力壩頂高程為1027m，最大壩高66m，壩軸線長度384.90m，電站廠房型式為河床式(2#-7#壩段)，布置于河道偏左岸，安裝4臺單機容量為140MW的水輪發電機。電站混凝土總量為150.72萬m3，高峰月澆筑強度7萬m3/月。其中預冷混凝土高峰強度5.5萬m3/月。

1.2 氣象

攀枝花多年平均氣溫20.9℃，歷年最高氣溫40.4℃，全年無冬，日照充足，太陽輻射強，晝夜溫差大等氣候特征，屬于典型的高溫差地區。施工大體積混凝土因溫度差而產生的裂縫缺陷相對于其他地區發生頻率較高。

2 大體積混凝土裂縫調查

金沙水電站2018年已澆筑混凝土澆筑68萬m3，主要為基礎約束區部位的大體積混凝土。對已完成的大體積混凝土各部位開展裂縫質量缺陷調查，并對混凝土轉序以來所發現的混凝土裂縫進行了詳細統計分析，見表1。

表1 金沙水電站裂縫調查統計表

根據調查數據，將大體積混凝土溫度裂縫的缺陷率定義為每澆筑1萬m3混凝土所發現溫度裂縫的條數，則計算現場溫度裂縫缺陷率為26÷15=1.73條/萬m3。

參考其它地區的同類電站建設過程發現的溫度裂縫缺陷進行調查統計，見表2。

根據數據中可以看出，已澆筑混凝土所發現的裂縫中，混凝土溫度裂縫累計頻率達到55.32%，計算溫度裂縫的缺陷率為 1.73，而其他地區同類工程溫度裂縫平均缺陷率為0.94。故高溫差地區混凝土裂縫缺陷的主要癥結為溫度裂縫缺陷率偏高。

表2 其它地區同類電站裂縫調查統計表

3 原因分析

通過對已澆筑完成的混凝土溫度裂縫成因分析，綜合起來主要有以下主要因素影響：

1、骨料溫度偏高。4月份攀枝花進入高溫季節，且混凝土月澆筑強度提升，拌和樓預冷混凝土超出原設計5.5萬m3的月澆筑強度。通過檢測，混凝土月澆筑強度超過5.5萬m3時，預冷骨料在高溫時段終溫達到12-13℃，混凝土出機口溫度在14-16℃，溫度超標。主要為骨料風冷時間不足，導致出機口混凝土溫度超標。

2、水泥用量大。經現場抽檢，已澆筑的90d齡期混凝土普遍高強，根據統計C9015W6F50與C9020W8F100兩組配合比實際齡期強度平均值分別為31.1MPa和35.5Mpa，混凝土超強不利于水化熱的控制。90d齡期普遍高強兩到三個等級，水泥用量偏大，配合比存在優化空間。

3、采用泵機入倉。混凝土施工因資源投入不足，塔機投入數量偏少，隨著施工部位的升高，致使垂直入倉手段受限，塔機不能覆蓋的范圍采用混凝土天泵或臥泵澆筑高塌落度泵送混凝土，導致泵送料偏多。因泵送混凝土塌落度大，水化熱較高，雖采用了預冷混凝土控制入倉溫度，泵送混凝土終凝后大量釋放水化熱，初期溫升較高，混凝土內外溫差陡增，特別是晝夜高溫差地區，更易造成大體積混凝土溫度裂縫的形成。除此以外，局部還存在泵送料與常態料混用情況，因不同塌落度混凝土釋放水化熱及溫升不同，混凝土內部形成溫度差，也易造成溫度裂縫的產生。經現場測溫檢查，泵送混凝土與常態混凝土終凝后的初期溫升約3d達到峰值，最大溫差達到7.9℃，不同入倉手段導致混凝土初期溫升差值大。

4、混凝土運輸遮陽措施薄弱。經檢查，混凝土運輸過程陽光輻射大，環境溫度高，運輸車遮陽措施不完善，如平板車遮陽蓬覆蓋不全，混凝土運輸罐車未對罐體保溫覆蓋，混凝土車排隊打料時無遮陽措施等，大大增加了混凝土與外界環境的接觸面，導致環境溫度較高時混凝土溫升很快。經測量，在夏季高溫時段，環境溫度超過30℃時，運輸過程從出機口到倉面平均溫升達到4-5℃。

5、冷卻水管布置不合理。大體積混凝土澆筑完成后，按設計技術要求進行了初期通水，原設計根據施工部位不同初設定的初期通水目標平均最高溫度在36℃范圍內。通過混凝土初期通水檢測發現，混凝土澆筑完成后12h內按設計技術要求啟動初期冷卻通水，發現混凝土(常態)內部溫度升溫較快，在第4d混凝土內部溫度達到峰值，見表3，之后混凝土內部溫度開始緩慢降溫，通過數據統計分析，混凝土內部最高平均溫度已超出設計允許范圍。

表3 混凝土通水冷卻檢測記錄表

4 制定對策

針對五個主要因素，認真分析了問題的根源，充分的討論和調研，制定了相應的對策措施如下：

1)增加骨料預冷措施，降低骨料溫度，以降低出機口溫度。開倉前拌和樓提前足夠時間進行骨料預冷，保證預冷時間；保持穩定適量均衡生產，避免骨料預冷時間不足；增設骨料遮陽雨棚，避免太陽直射。

2)優化配合比設計。減小90d齡期水泥用量；設計優化限制水膠比；提高粉煤灰摻量。

3)改進入倉方式。嚴格限制泵送混凝土澆筑大體積倉號，主要手段改為塔機澆筑5-7cm塌落度的常態混凝土或布料機澆筑9-11cm塌落度混凝土；禁止不同塌落度的混凝土同時入倉。

4)減小混凝土運輸過程溫升。在運距確定的情況下，按照澆筑強度合理配置混凝土運輸汽車數量，減少運輸車輛排隊等料時間及在入倉口等待入倉；避免車輛暴曬，在拌和樓等料處和自卸車料斗上增加遮陽棚；混凝土罐車覆蓋遮陽被；同時盡量避開高溫時段開倉。

5) 優化設計布置。根據溫控數據成果分析，及時討論優化冷卻水管布置方案及冷卻水的水溫控制。

5 對策實施及取得的效果

1)增加骨料預冷措施降低出機口混凝土溫度。在預冷混凝土拌制前，檢查骨料預冷情況，包括檢測骨料溫度、骨料含水、風機運行狀況、風壓、冷風溫度等與骨料預冷有關的指標，保證在混凝土拌和之前將骨料的溫度降低到6℃以下，拌和生產過程中不能超過8℃。

效果：通過對拌和骨料采取一系列降低溫度的措施后，骨料預冷溫度達到控制目標，高溫時段下骨料的終溫在8-10℃。經為期7d檢測統計，共抽檢出機口溫度16組，僅有1組超標，平均溫度在11.7℃左右，抽檢合格率達到93.8%，滿足出機口溫度10-12℃的生產控制。

2)優化配合比設計。從生產實際情況出發，通過開展配合比試驗優化與成果數據分析將原設計指標限制水膠比進行適當放大，每方混凝土較少水泥用量8-17kg。

效果：配合比優化后，通過對優化前后混凝土強度數據對比，優化后的配合比相對于優化前90d齡期平均抗壓強度降低約10Mpa，抗滲、極限拉伸等全性能滿足設計要求；同時試驗中心(第三方)對優化前后作的混凝土內部絕熱溫升數據對比，優化后的配合比相對于優化前混凝土內部絕熱溫升降低13.6%。

3)改進入倉方式，降低混凝土初期溫升。通過分析出問題的所在后，嚴格限制混凝土入倉手段。增加塔機入倉，隨著大體積混凝土的升高，增加布料機入倉等。嚴格倉面設計，對不同塌落度的入倉手段禁止開倉。

效果：入倉手段改進后，對所澆筑的混凝土進行了初期溫升檢測，在正常通冷卻水的情況下，混凝土初期內部溫升得到控制，低塌落度混凝土相對于之前的泵送混凝土初期平均溫升下降約6℃。

4)減小混凝土運輸過程溫升，降低混凝土入倉溫度。在拌和樓側搭建了汽車等候棚，防止陽光直射使車廂溫度過高；混凝土運輸罐車必須加裝遮陽被；根據澆筑強度配置運輸車輛，避免出現運輸強度高于入倉強度而使運輸汽車在倉外排隊等候，避免不必要的停歇引起混凝土溫升。運輸途中，要求司機必須蓋好遮陽棚布；隨時檢查道路通暢情況，保證混凝土快速運到倉面。

效果：通過運輸保溫措施的落實，經檢測環境溫度為34℃時，從機口至入倉回升溫度為2-3℃，混凝土入倉溫度基本控制在15℃以內，保證了混凝土的入倉溫度滿足設計要求。

5)優化冷卻水管布置，提高冷卻通水效率。根據施工條件變化對冷卻水管布置進行優化調整：澆筑層厚<1.5m的倉位，冷卻水管水平間距為2.0m，澆筑層厚>1.5m、<2.0m的倉位，冷卻水管水平間距為1.5m。澆筑層厚>2.0m的倉位，在澆筑層中間增設一層水平間距為2m的冷卻水管。

效果：對冷卻水管布設間排距調整后，進行初期冷卻通水，經檢測，內部溫度升溫趨于合理，普遍在6-7d混凝土內部溫度達到峰值，未出現超出設計技術要求的36℃，初期通水過程中混凝土內部溫度降溫滿足設計優化后的降溫速度，見表4，平均降溫在0.4℃/d。

表4 混凝土通水冷卻檢測記錄表

6 結束語

大體積混凝土在現代工程建設中占有重要地位，對高溫差地區大體積混凝土施工階段的溫度裂縫控制進行研究，具有重大意義，工程實踐證明，通過采用多種溫控措施，并進行綜合運用，可有效減少高溫差地區大體積混凝土溫度裂縫的發生數量、頻率，并能有效防止產生危害結構安全的嚴重裂縫。