浅论大体积混凝土温控综合措施

张 良 陈东风

（江苏省镇江市城市水利管理处 镇江 212000）

浅论大体积混凝土温控综合措施

张 良 陈东风

（江苏省镇江市城市水利管理处 镇江 212000）

对于大体积混凝土建筑，混凝土干缩及因散热降温引起的冷缩极易引起混凝土开裂，须采取降低水化热和变形，降低混凝土内外温差，加强保湿养护等温控综合措施以减少裂缝，防止有害裂缝产生。

大体积混凝土 温控综合措施 结构自防水 超长结构无缝设计

1 前言

引航道水利枢纽工程主体两个中孔闸墩单体混凝土工程量约10500m3，一半以上结构常年处于水下。为使大体积混凝土不产生危害性贯穿裂缝，造成墩墙渗水危及厂房安全，该工程在混凝土温控方面采取了多项综合措施，以保证工程安全。采取的温控综合措施主要有：设置膨胀加强带；选择合适的膨胀剂；优化配合比设计；细化施工浇筑方案；埋设冷却水管；加强保温保湿养护等相应措施，做到多管齐下，采取综合性温控应对措施，在工程实际中取得了良好的效果，具有较好的推广意义。

2 工程概况

镇江市引航道水利枢纽工程位于镇江市北部内江与长江镇扬河段六圩弯道之间的引航道上，距出江口500m处。工程主体有九孔十墩，采用分离式底板布设，其中两个中孔闸墩（ZD1、ZD2）为空腔式，空腔内布置双向泵站，单体混凝土工程量大,分五次（五层）现场浇筑。

3 混凝土结构自防水和超长结构无缝施工技术的基本原理

3.1结构自防水设计

由于柔性防水层的寿命只有10～20年，而混凝土寿命为50～100年，所以《地下工程防水技术规范》（GB50108）在地下工程防水设计中，强调结构自防水是“首选”防线。结构自防水的关键是混凝土能否抗裂，这是抗渗的前提：一是地基要牢靠，不能产生不均匀沉降裂缝，二是采用补偿收缩混凝土和适当的配筋率。

3.2超长结构无缝设计和施工技术

所谓“无缝设计”是个相对概念，根据结构情况，可无缝或少缝，专指释放收缩应力的后浇缝，不包括沉降缝。无缝设计思路是“抗放兼备，以抗为主”。超长结构收缩应力集于中部，为防裂而设后浇带。补偿收缩混凝土的膨胀加强带一般设在后浇带位置上。根据板的厚度，带宽为2～3m，带两侧设密孔铁丝网，并用立筋φ16～18@300加固，目的是防止两侧混凝土流入带内。施工时，带外用小膨胀率混凝土，浇筑到加强带时，改用大膨胀率混凝土，其强度等级比两侧混凝土提高一个等级。浇筑到另一侧时，又改为小膨胀率混凝土。如此循环下去，可连续浇筑100～120m超长结构。膨胀加强带可采用连续式、间歇式或后浇式等形式。连续式膨胀加强带见图1。

4 温控综合措施

就该工程而言，中孔闸墩属大体积混凝土结构，混凝土干缩及因散热降温引起的冷缩极易引起混凝土开裂。该工程工期紧、任务重，质量要求高，经多方开会讨论，须采取降低水化热和变形，降低混凝土内外温差，加强保湿养护等措施以减少裂缝，温控综合措施主要有：（1）设置膨胀加强带；（2）选择合适的膨胀剂；（3）优化配合比设计；（4）细化施工浇筑方案；（5）埋设冷却水管；（6）加强保温保湿养护。

4.1膨胀加强带

4.1.1膨胀加强带的设置

根据前述混凝土结构自防水和超长结构无缝施工技术的基本原理，经讨论研究，确定了中孔闸墩底板和闸墩墩身的膨胀加强带具体设置位置。由于闸墩墩身较底板薄，受底板的约束较大，且混凝土墙面养护较难，为此，除了在垂直加强带的侧面设附加钢筋外，另在闸墩墩身设二道高1m的“水平暗梁”，以抵抗混凝土收缩应力导致墩身裂缝的出现。中孔闸墩膨胀加强带、“水平暗梁”的布置见图2。

4.1.2膨胀加强带的做法

采用连续式膨胀加强带做法，加强带两侧混凝土为小膨胀率混凝土，膨胀加强带为掺有膨胀剂的大膨胀率混凝土。在2m宽的膨胀加强带两侧挂上孔径小于10mm的金属丝网，混凝土从一边推进，浇到膨胀加强带时，改用大膨胀率混凝土，加强带浇筑完毕后，再改用原配比混凝土，如此连续浇注。

4.2膨胀剂的选择

膨胀剂只要性能符合标准要求，均可配制出性能优越的补偿收缩混凝土，其自身技术没有多大差别，质量的差异由生产企业的生产管理水平决定。该工程选用硫铝酸钙类膨胀剂UEA。

4.3配合比设计

4.3.1设计原则

该工程混凝土施工采用自拌混凝土，砂子为中粗砂，石子为二级配，目的是考虑采用较小的水灰比、较粗的骨料以减少水化热。配置的混凝土应具有良好的工作性能，在满足混凝土强度的同时，应满足工程使用部位相应的混凝土限制膨胀率，应充分考虑混凝土的耐久性能。

4.3.2原材料

水泥：P.O42.5级普通硅酸盐水泥；

骨料：中砂，细度模数2.6；石子，5-31.5连续级配；

粉煤灰：Ⅰ级灰；

膨胀剂：UEA膨胀剂；

外加剂：南京水科院F2高效减水剂；

纤维：聚丙烯纤维。

4.3.3混凝土配合比

经配合比优化设计，确定混凝土施工配合比，配合比见表1。

图1 连续式膨胀加强带图

图2 中孔闸墩膨胀加强带、“水平暗梁”设置示意图

图3 中孔闸墩混凝土浇筑分层示意图

表1 混凝土配合比表

4.4施工浇筑方案

4.4.1中孔闸墩底板混凝土施工

中孔闸墩底板底高程为-5.00m（上下游齿坎位置为-6.00m），顺水流向长48m、宽21m，底板顶面高程在-4.00～-2.60m之间，总方量约1800m3。

根据混凝土底板整体性的要求，仓内浇筑时按“斜面分层”的方式连续浇筑成型。首先从内江侧齿坎开始浇筑，浇平齿坎后，从内江侧向外江侧斜面摊铺，平行推进。每层混凝土厚度控制在40cm左右，经计算每层混凝土浇筑量约84m3，完成时间2～3h。

4.4.2闸墩混凝土施工

中孔闸墩分五次（五层）浇筑，其中第一次为底板长48m，宽21m，最大高度（进水侧）为3.4m，最小厚度1.0m，单体混凝土量约1800m3；第二次为进水流道层，48m× 21m，顶高程为1.3～0.8m（进水流道段不等高），最大浇筑厚度约6m，浇筑混凝土方量约4000m3，为该工程最大混凝土浇筑量；第三次为出水流道层，顶高程为5.8m（进水侧）和5.2m（出水侧）；第四次为上下游空箱及电机层，顶高程为12.53m（进出水段）和10.0m（电机层段）；第五次为泵站检修平台层，顶高程为15.0m；第四次、第五次合并为一次浇筑完成，进水流道层以上混凝土总量约4800m3。

中孔闸墩混凝土浇筑分层示意图见图3。

4.4.3预埋冷却水管

在中孔闸墩底板中预埋Φ40mm的钢管，待混凝土初凝后通入冷却水，降低混凝土内部温度，减少混凝土内外温差。底板中冷却水管按垂直水流向水平布置，距底板顶面0.6m，间距1.0m。在1.5m厚的底板中布置一层，齿坎部位布置两层，见图4。

图4 中孔闸墩底板冷却水管布置示意图

闸墩墩身因分层浇筑，且墩墙厚均超过2m，因此计划在墩墙中预埋竖向冷却管，埋管规格同底板，按1m间距沿墩墙纵向布置于墩墙中间位置。

在通水冷却过程中注意控制以下几点：

（1）控制冷却水与混凝土内部温度差值小于20℃；（2）每6h改变一次循环水流方向；

（3）通过冷却水的流量和流速来控制管中进出水流的温差在10℃左右；

（4）当混凝土内外温差不超过20℃时停止循环水冷却工作，割除超出底板侧面的网管，用C35细石混凝土封堵管口。

4.5施工养护

混凝土的养护工作对混凝土表面的质量及减少混凝土表面收缩裂缝尤显重要。养护工作安排专人和专用机具进行，养护时间不少于14d。底板及墩墙混凝土初凝后采取以下几项措施进行养护：

（1）因底板和墩墙混凝土施工时，气温回升、空气干燥，湿度减小，在混凝土终凝后，及时用土工布或草包覆盖，安排专人浇水养护，使混凝土表面在10～14d内保持湿润。不用井水直接喷洒，因井水温度低，直接用于养护会加大混凝土内外温差，用冷却水管排出的水进行养护。

（2）闸墩模板拆除后，由于垂直面覆盖较困难，采用塑料薄膜养护剂法（混凝土养护剂），即将塑料溶液喷洒在混凝土表面上，溶液挥发后，混凝土表面形成一层薄膜，混凝土中的水分不再蒸发，从而完成混凝土水化作用。为达到养护目的，养护膜保持完整性，喷膜时间与拆模同步进行。

5 温控监测

混凝土浇筑完成后，为了及时掌握底板温度在平面上的差异，控制混凝土内部与表面温差在25℃以内，以便调整养护措施；同时为了控制降温速率，保持混凝土每天降温速率不超过2℃，为变换冷却水通水方向提供理论依据。

ZD1底板于2009年4月12日10时开始浇筑，2009 年4月14日2时结束，共计浇筑40h。ZD1底板经过7d的观测，混凝土内部最高温度为57℃，混凝土内部与表面温差20℃。ZD2底板于2009年4月16日18时开始浇筑，2009年4月18日14时结束，共计浇筑44h。ZD2底板经过7d的观测，混凝土内部最高温度为57℃，混凝土内部与表面温差20℃。温升峰值出现在混凝土初凝后3～4d，以后温度逐渐下降。从实测结果看，混凝土内部与表面温差小于20℃，说明混凝土的温控效果较好。

6 结语

混凝土结构的裂缝控制是一项系统工程，涉及设计、施工、材料和管理等各个方面。补偿收缩混凝土施工时，要针对工程特点和膨胀混凝土的特性，混凝土的振捣必须密实，不得漏振、欠振或过振。在混凝土终凝以前，要用人工或机械多次抹压，防止表面沉缩裂缝的产生，以免影响外观质量。掺膨胀剂的混凝土要特别加强养护，膨胀结晶体钙矾石生成需要水，补偿收缩混凝土浇筑后早期7～14d湿养护，才能发挥补偿收缩混凝土的膨胀效应。

采用补偿收缩混凝土，在材料方面，关键措施是在满足结构要求的前提下，通过掺加膨胀剂、高效减水剂以及活性混合材料（如粉煤灰、矿粉等）最大限度地降低水泥用量，延缓混凝土的凝结时间，推迟混凝土水化热峰值，使混凝土在开始降温时，让其抗拉强度能够得到足够的增长。同时根据工程特点和使用部位，合理确定水泥品种，膨胀剂的掺量，配制出膨胀性能大，补偿收缩性能好，施工容易，强度有保证，科学合理的设计补偿收缩混凝土配合比是关键。

该工程在采取了温控综合措施，保证了工程实体结构的完好，至今未出现一条危害裂缝，在类似大体积混凝土施工项目中值得推广和应用■