探討船閘工程大體積混凝土的施工溫度控制技術

李曉玲

（貴州遠航交通工程有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

大體積混凝土是船閘工程中的一種主要結構，它在閘首、閘室等主要部位的施工中得到了廣泛的應用。大體積混凝土中的配筋數量相對其他結構件比較少，在溫度應力作用下，更容易受到破壞[1-3]。因此在大型混凝土澆筑過程中，閘首、閘室等關鍵部位的溫度控制技術是確保施工質量的關鍵。

1 大體積混凝土施工中常用的溫控技術

1.1 混凝土原材料的選用與配比的優選

選用的混凝土材料必須具有較小的絕熱溫度、較高的抗拉強度、極限抗拉變形性能[4]，因此，必須采取適當的方法，使其自身體積變形應為微膨脹或是低收縮，以下是一些具體的措施：

（1）選擇低水化熱的水泥，并盡可能減少單位水泥的使用量。

（2）選擇適當的水泥種類，在混凝土強度低于C50的情況下，可選用礦渣水泥、粉煤灰水泥；C60級的混凝土，選用52.5級的硅酸鹽水泥或其他高性能的硅酸鹽水泥。

（3）減少水泥的細度，減少混凝土的收縮應力。

（4）粗骨料選用自然連續級配，并以石灰巖、玄武巖、花崗巖等低熱脹率、高極限抗拉強度為加工用母料。

（5）細骨料選擇中粗砂，其中0.315 mm以下的細粒度不宜低于15%，控制為20%是最佳指標量。

（6）最佳配比的原則是：既要達到強度的要求，并降低水泥的用量，增加混凝土的流動性。

1.2 混凝土澆筑程序的合理安排

在大體積混凝土施工中，通常采取分塊澆筑法，以減少內外溫差，加速混凝土的散熱。分塊澆筑可分成兩類：分層澆筑和分段跳倉澆。

分層方法可以保證混凝土的熱輻射均勻，且不會出現豎向開裂；分段澆筑是一種適用于混凝土拌制生產能力相對不足，且耐滲透性能要求較低的混凝土結構工程。

1.3 混凝土出料及澆筑溫度的控制

夏季可以在混合物中加冰降低原料溫度，冬季采取原料加熱等措施，來控制入模溫度。

1.4 及時采取保溫保濕措施

保溫養護措施是指保證混凝土澆筑的內外溫差、降溫速度，達到溫度控制指標的一系列方案。保溫養護期，應按溫度應力大小控制，但不宜小于15天，并按分層、分階段進行。

在保溫和養護時，必須在混凝土表面覆蓋一層薄膜，以防止水分流失，并在膜下噴灑水，以保持其濕潤。

1.5 制定應對氣候突變的計劃

在大體積混凝土的施工和養護階段，針對明顯的降溫、暴雨、大風等天氣，要根據當地的氣象資料，采取相應的措施，例如準備好防護層、防風材料等，防止混凝土的突然升溫或降溫

1.6 埋設冷卻管道的方法

將冷卻管預先埋設在混凝土中，利用冷卻水管道中的水進行交換作用，再發揮循環水流的作用，對混凝土內部的水化熱進行調控，降低內部的溫度，從而減小內外溫差[5]。

2 船閘混凝土施工溫度控制技術方案

2.1 方案設計

某船閘項目按照四級通航標準進行設計，主要結構包括閘首、閘室、導航墻、導流通道等；附屬結構包括靠船墩、輔道、連接線等項目。閘頭為鋼筋混凝土整體結構，閘門寬為12 m，上閘高20 m，寬24 m，邊墩頂部標高30.0 m，門檻頂標高16.13 m，總高19 m；下閘高21 m，寬24 m，邊墩高29.97 m，門檻高14.0 m，高

19.27 m。

該船閘為預應力混凝土船塢結構，其凈寬度為12 m，邊壁標高29.5 m，底板頂高14.0 m，底板寬度2.2 m，總高16.7 m。閘頭門為鋼結構人字門，閘門為鋼平板門，檢修門為鋼浮箱。閘門及閥門的開閉全部由液壓動力驅動，并由PLC進行編程。

2.2 施工條件

項目所處的區域具有明顯的四季特征，年平均溫度為15.1 ℃，降水相對較少。交通方便，建材的運輸主要以公路為主，水路為輔。該項目位于縣城附近，供水、供電均可從縣區內直接導入。目前，該項目的主要基坑和引水渠已經開挖完畢，所有的混凝土結構已經在基坑內進行了立模，進入了現澆施工階段。

2.3 溫控目標

大體積混凝土的持續澆灌、凝結硬化，其水化反應會產生大量的水化熱。而表層的熱量會更快的散失，從而在混凝土的內部和表面產生更大的溫度差。由于混凝土內外溫度變化、氣候變化等環境條件的影響，使混凝土產生溫度和溫度應力的不均勻性，在混凝土的局部應力比混凝土的瞬時抗拉強度大的情況下，會使混凝土內外表面產生裂縫[6-7]。

溫度裂縫是混凝土早期開裂的主要因素，其破壞程度一般為貫穿性，對結構的抗滲性、完整性、耐久性等都有很大的影響。

結構體在任意時刻和任意斷面上，兩個點的溫差控制指標為20 ℃，最大不能超過25 ℃，冷卻速度也應控制在3 ℃/d以下；原材料的入模溫度應控制在低于25 ℃，高溫天氣不宜高于28 ℃。

2.4 施工過程溫控措施

2.4.1 底板施工過程溫控措施

（1）減少水泥水化熱：1）選擇低水化熱或中等水化熱的水泥；2）采用粗集料，選擇粗砂、二次混合，并加入粉煤灰改良混合料，以提高和易性；從而減少水泥用量，降低水化熱量。

（2）降低混凝土的入模溫度：1）在高溫天氣下進行混凝土澆筑，應在當天的低溫期進行施工；2）高溫天氣，采用低溫混合料，降低混凝土入模溫度；3）采用水平運輸的方式，通過輸送管將水泥熟料直接送至倉面，并噴灑水冷卻碎石；4）使用NF1緩凝型高效減水劑，可以有效地減少混凝土的初凝時間。

（3）強化施工中的溫度控制：1）混凝土澆筑后進行潤濕養護，緩慢冷卻，使徐變性能得到最大程度的發揮；降低溫度應力，防止暴曬；2）采用延長養護期的措施，在混凝土終凝狀態后，用土工布覆蓋在表層，進行噴灑養護；3）在結構體澆筑前的模板內上，分層設置冷卻水管道及溫控裝置，并依據埋設的溫度監控設備，掌控結構體內外溫差情況，來決定通水時間，以降低混凝土內溫，預防裂縫。混凝土澆筑后，將冷水注入冷卻水循環鋼管內，能快速地將水化熱量從混凝土中排出。通過定時調整進、出水的方向，可以有效降低混凝土的溫度。

（4）混凝土的養護：澆筑后的混凝土，在終凝后進行噴水養護。混凝土用土工布包裹，使用自動噴淋系統，潤濕養護，連續養護時間應在14天以上。

2.4.2 閘墻施工過程溫控措施

閘室壁下段仍有較大的厚度，同時也是一種混凝土結構。為了減少混凝土的水化熱，應通過改善混凝土的配比、減少水泥用量、采用低發熱量的水泥等工藝措施，從混凝土內部進行散熱。

通過實踐證明，循環水是一種行之有效的方法，而且工藝成熟、操作便捷。循環水選用6~8 ℃的深層地下水。在混凝土澆筑后，將冷水注入冷卻水鋼管內，形成循環水，可將混凝土結構內部的水化熱迅速排出，混凝土的溫度得到有效管控。

2.5 現場溫度監測

（1）溫度監控裝置：選擇性能穩定的測溫元件，用以對各個測點的溫度進行測量。傳感器根據鋼筋結構的空間布局，進行分層定位和安裝。為了防止在混凝土振動中受損，監測系統的導線都應做好防護。采用SdT型溫度儀-2型，對其進行溫度監測。SdT系列溫度儀可長期用于水工建筑物和其他混凝土建筑物的內部溫度的測定，具有長時間的穩定性以及良好的防水能力，不受長電纜的影響，完全適用于自動監控[8]。

（2）監控測量點的設置：大體積混凝土溫度監控的內容包括最大溫差、最大升溫、最大降溫速率。其中包括了截面溫度梯度、入模溫度等。根據實測數據，在基礎底板混凝土中鋪設5組溫度傳感器，安裝位置見圖1；在閘門混凝土中安裝了兩組溫度傳感器，見圖2。

圖1 下閘首溫度監控元件布置圖（單位：mm）

圖2 閘室溫度監控元件布置圖（單位：mm）

（3）監測頻次，在澆筑和養護過程中，對混凝土體內及表面溫度進行24 h不間斷的監控。在混凝土澆筑后24 h，每隔2 h測一次溫度，達到最大值后，每隔4 h測一次，連續3天；3天后，每8 h進行一次監控溫度測量，連續控制7天。對各個測點溫度、最大溫差、最高溫度進行實時監測，一旦發現異常，立即向施工方報告，并采取相應的措施[9]。

2.6 測試數據分析及結論

在大體積混凝土澆筑全過程中，各溫度測量點的最高溫度沒有超過75 ℃，從而達到了大體積混凝土的溫控要求。

（1）該船閘工程大體積混凝土施工中，同一斷面上多個測溫點在同一時刻的不同測點間的溫度差不大于20 ℃，從而達到了對大體積混凝土施工溫度控制的要求。

（2）在整個船閘工程的大體積混凝土施工中，閘頭和閘室底部的大多數溫度點的冷卻速度均在3 ℃/d以下，僅有少數幾個點在混凝土澆筑之前1~2天內的冷卻速度在3 ℃/d以上，從現場的情況來看，不會造成大體積混凝土施工中出現裂縫病害[10]。

（3）根據現場資料的原始記錄，在該船閘工程施工過中，大體積混凝土的入模溫度均低于25 ℃，內外溫差均在25 ℃以下，滿足大體積混凝土的施工要求。

（4）通過對船閘工程大體積混凝土溫控數據和圖表分析，并結合現場實踐，采取的溫控措施，滿足了大型混凝土技術規范的要求，從而解決了大型船閘大體積混凝土澆搗階段溫度控制的問題。

3 結論

綜上所述，該文根據實際情況，對大體積混凝土的溫度裂縫質量病害進行了初步的討論與分析，并對其在施工過程中的溫度控制技術進行了歸納，具體包括：混凝土原料的選擇及混凝土配合比的優化；混凝土澆筑程序的合理安排；混凝土出料及澆筑溫度的控制；及時采取保溫保濕措施；制定應對氣候突變的計劃；埋設冷卻管道。通過一系列溫控措施的綜合運用，該項目的大體積混凝土澆筑質量合格，沒有出現溫度裂縫等病害。在科技高速發展的今天，新材料、新技術、新工藝的不斷出現，為提升大體積混凝土施工階段的質量管理，可進一步從理論、材料、工藝等方面進行深入的探索。