大体积混凝土温控与防裂措施

□范存善（河南省水利第一工程局）

大体积混凝土温控与防裂措施

□范存善（河南省水利第一工程局）

某大型水库，溢洪道泄洪闸闸墩及溢流堰属于大体积混凝土施工，本文主要介绍其施工的主要工序方法及针对大体积混凝土所采取的温控防裂措施，经后期观测表明效果显著。

溢洪道闸墩；溢流堰；大体积混凝土；温控防裂

一、工程概述

某大型水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养殖、城市供水等综合利用的大型水利枢纽，其溢洪道泄洪闸建于20世纪50年代，防洪标准偏低。本工程为溢洪道除险加固，以老闸为施工围堰，紧接老闸下游另建新闸，堰顶高程不变，均为170.5m。新、老闸孔相对应，共4孔，每孔净宽12m，闸室顺水流方向长22m，总宽63.2m，其中墩厚2.4m，边墩厚1.5m；溢流堰设计采用金包银的结构形式，结构尺寸见图1。闸墩及溢流堰混凝土浇筑共分四个仓面，其中，中墩仓面尺寸为22m×14.4m，边墩仓面尺寸为22m×14.7m。为了防止温升裂缝，每孔底板中部设置一道伸缩缝，缝宽20mm，用L-600底发泡塑料板填缝，并采用紫铜片止水。

图1 闸墩、溢流堰“金包银”结构形式图

二、施工重点及控制标准

泄洪闸闸墩及溢流堰为大体积混凝土施工，因结构尺寸比较大，混凝土浇筑后初期内部温升比较高，易因内外温差过大产生严重的混凝土裂缝，因此在施工过程中必须采取严格的温控及防裂措施，这也是大体积混凝土施工的难点和重点。

图2 闸墩、溢流堰混凝土浇筑分层布置图

针对本工程中大体积混凝土的特点，参照规范要求，经温控计算的温控标准：混凝土入仓温度控制在12～28℃之间，混凝土中心温度与表面温度之差＜25℃，混凝土降温速率不超过 2.0℃/d。

三、温度控制与防裂措施

（一）混凝土配合比设计

泄洪闸闸墩及溢流堰混凝土施工，必须尽可能减少水泥用量，降低水化热，以此标准确定混凝土施工配合比：一是水泥选用普通硅酸盐P.O42.5水泥；二是粗细骨料级配及含泥量：由于受砂石料供应市场限制，粗骨料选用二级配碎石，即粒径5～20mm（40%）、20～40mm（60%），含泥量 ＜1%。细骨料采用中砂，细度模数为2.6，含泥量＜3%；三是掺合料采用Ⅱ级粉煤灰，掺量20%，减少相应重量的水泥，延缓水化反应，降低水化热；四是外加剂选用具有引气减水作用的山西黄腾HT-YQ引气减水剂。

由以上原料并根据实验确定水灰比为0.45，坍落度为40mm，砂率为34%。最终确定混凝土配合比参数见下表。

C25W 6F150配合比表

（二）模板拆除

模板拆除时，严格遵守从上而下的原则，采取先立的后拆、后立的先拆，先拆非承重模板、后拆承重模板。模板拆除后及时对混凝土表面喷洒养护剂进行养护处理，避免由于养护不当而造成混凝土表面产生裂缝。

（三）闸墩混凝土浇筑

在浇筑过程中主要温度控制任务：一是保证混凝土的入仓温度；二是合理安排浇筑时间；三是加速混凝土散热。

本项目闸墩及溢流堰施工按照施工安排在初春，温度比较适宜浇筑，混凝土的入仓温度和浇筑时间较容易掌握在规定范围内。

溢流堰采取“金包银”设计方案，中心部位采用C15混凝土，有效降低了大体积混凝土中心的水泥用量，降低中心水化热，施工中严格按照设计图纸施工，以有效控制其内部水化热。混凝土拌制采用强制式拌和站集中拌制，拌合量1.5m3/盘，拌制时间90s。混凝土水平运输采用12m3混凝土搅拌车，水平运距600m，运输能力20m3/h，配置4台混凝土搅拌车，保证混凝土浇筑强度。入仓采用50t或25t汽车吊1m3吊罐经溜槽入仓。单层浇筑混凝土允许间歇时间按规范规定1.5h控制，混凝土浇筑强度不低于55.44m3/h。

混凝土浇筑完成后外露面及时覆盖，冬季采用棉被或者泡沫板进行覆盖，夏季采用洒水养护，保证混凝土内部温度与表面温度差在20℃以内。避免由于内外温差引起的裂缝。

（四）合理分缝

在施工中设置合理的伸缩缝，施工缝不仅可以改善约束条件，缩小约束范围，而且可以利用浇筑块层面进行散热，降低混凝土内部温度。

（五）冷却水管布置及通水冷却

冷却水管降温分为一期和二期，一期通水冷却目的在于削减温升高峰，减小最大温差，防止贯穿裂缝发生，通水冷却在混凝土浇筑后5h开始，持续一周。二期冷却时从混凝土水化热达到峰值时开始，加快混凝土降温接近稳定温度。

经计算，冷却水管采用直径25mm的钢管，冷却水通水流量达到32～40L/min，闸墩、溢流堰中布置冷却水管，一期冷却在混凝土初凝后即开始连续通冷水循环冷却，冷却水温度与混凝土温度差值一般为20～25℃。二期冷却根据实际情况和气温持续15d，降温速率＜1.5℃/d，有10～15℃降温，并控制冷却水流向，使冷却水从混凝土高温区域流向低温区域；为了施工方便冷却水管埋设在浇筑层内，水管垂直间距1.2m，水平间距1.2m。为了保证冷却效果，单根冷却水管长度控制在150～200m之内。

（六）温度控制与监测

为了防止闸墩混凝土及溢流堰内外温差过大而产生温度应力裂缝，影响工程质量，混凝土施工过程中采取了以下温控防裂措施：第一，选择气温适当的混凝土浇筑时间，力争避开夜间浇筑混凝土；第二，控制混凝土入仓温度，使其保持在12～28℃之间；第三，设置测温孔进行温度监测。

闸墩混凝土每层浇筑后顺水流方向均布置3个测温孔，测温孔采用预埋钢管，1#测温孔深度1.8m（0.75H，H为每层混凝土浇筑厚度，测量混凝土底层温度），2#测温孔深度1.2m（0.5H，测量混凝土中心温度）,3#测温孔深度0.6m（0.25H，测量混凝土面层温度）。

混凝土浇筑后即开始测量温度，测温次数先频后疏，升温阶段每2h巡回监测各点温度一次，达到峰值后每4h监测一次，随着混凝土温差变化减小，逐渐延长监测间隔时间，直到温度变化基本稳定。

通过监测，混凝土浇筑及养护期间环境温度日平均为0～10℃。混凝土开始浇筑就产生水化热，温度上升比较明显，混凝土内部温度基本上在72～120h之间达到峰值，之后开始缓慢地下降。混凝土中心最高温度为39℃，上部混凝土内部最高温度为31℃,底层混凝土最高温度为37℃。混凝土面层的温度受气温影响比较大，随着气温的波动，混凝土面层温度有所波动，但波动幅度不大。

从混凝土温度监测记录可知，实施的一系列温控措施效果明显，保证了混凝土各部分温度不超过规定值，从后期观察温度裂缝控制较好，混凝土表面未发现裂缝。

四、结语

通过溢洪道闸墩混凝土及溢流堰施工，总结出的以下方法来控制大体积混凝土温度应力，减少裂缝产生的措施是切实可行的。第一，优选原材料￥和优化混凝土配合比，降低水化热；第二，掺加粉煤灰，在满足强度和其他性能要求的前提下，尽量降低水泥用量；第三，严格控制混凝土的出机温度和浇筑温度；第四，预埋水管、通水冷却，降低混凝土的内部温升；第五，采取表面保护、保温隔热措施，降低内外温差，减小温度梯度。

2011-06-06