重力坝大体积混凝土温控技术研究与应用

王礼男，刘红宇

（1.辽宁江河水利水电新技术设计研究院，辽宁沈阳 110003；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概况

猴山水库位于辽宁省绥中县，水库总库容为1.59亿m3，兴利库容为1.28亿m3，为大型水库，其挡水建筑物是常态混凝土重力坝，坝顶高程为138.2 m，最大坝高51.6 m，主坝坝顶长349 m，由左岸、右岸挡水坝段、闸门检修坝段、供水坝段及泄水溢流坝段等组成，混凝土总量为25.6万m3。

2 温控必要性

在混凝土凝固过程中，水泥水化会释放出水化热，致使混凝土内部温度逐渐上升。对大体积混凝土（比如大坝）而言，绝大部分水化热将留存在大坝内部，水化热会提升坝体温度25～45℃，甚至于更高，严重超出外界平均气温。虽然混凝土具有导热性能，坝内温度会逐渐下降至外界平均气温，但由于坝体内外部巨大温差的存在，坝体混凝土容易产生裂缝，极大降低大坝的使用寿命，产生安全隐患，因此控制混凝土配合比中水泥的掺量是降低混凝土温升的关键所在。

3 混凝土施工过程中的温控措施及分析

3.1 配合比的选择

猴山水库工程选用两家具有甲级资质的混凝土检测中心进行混凝土配合比设计，以大坝基础混凝土（C9020F100W6）以及内部混凝土（C9015F50W2）为例，设计成果比对见表1。

表1 混凝土配合比对比表kg

通过对比看出，2种配合比选用不同的外加剂，粗骨料、砂子掺量相近，但水泥和粉煤灰掺量相差较大。2种配合比中，水泥掺量B检测中心比A检测中心分别少47 kg/m3和35 kg/m3，而粉煤灰掺量多了32 kg/m3和52 kg/m3。

经过分析，两家检测中心出据的混凝土配合比均满足设计的抗压、抗冻及抗渗指标，但B检测中心混凝土配合比，水泥掺量少，减少了水化热，坝体混凝土内部温升小，扩大粉煤灰用量大是为了增多胶凝材料，从成本分析也是合理的，所以最终选择B检测中心提供的混凝土配合比。

3.2 混凝土中原材料温度的控制

通过对混凝土温升过程的了解，对混凝土内部温升的高低起决定性作用的是水泥的用量，而如骨料、水、砂子等其他材料的温度仅对混凝土的拌合、入仓和浇筑温度有影响，各材料温度同水泥水化热温度不是简单的直接累计叠加的过程，而是相互平衡一定后，影响坝体混凝土内部最高温升，同时也影响混凝土内部温度趋于稳定的时间。

混凝土外界空气温度对混凝土内部材料温度、浇筑表面温度有不同程度的影响，更直接影响到混凝土的拌合温度和内部浇筑温度，因此为保障高标号混凝土完全凝固，必须尽量降低各类原材料的温度。

1）出机口温度。猴山水库所处绥中县9月份平均温度为24.1℃，在该温度下各材料热量计算成果见表2。

表2 材料热量计算表

计算得出，9月份时出机口温度T0=54 974.2/2 308.1=23.82℃，该温度过高，不满足施工要求，应采用4℃冷水拌合、冷水喷淋骨料等办法降低原材料温度，以达到降低出机口温度的目的。依据新温度再行计算，结果见表2。

经计算，出机口温度T0=45 549.36/2 308.1=19.73℃，已基本接近出机口温度不大于18℃的要求。为进一步降低出机口温度，可将冰渣融入拌合用水，在拌合过程中，冰渣融化可吸收335 kJ/kg的热量，从而更有效降低出机口温度。通常情况下加冰量为20 kg/m3，有效加冰系数为0.8，消减热量为20×335×0.8=5 360 kJ，加冰量应当依据外界气温升降进行适当调整，混凝土拌合时间应延长15～30 s。使用冰渣加4℃冷水拌合的混凝土，其出机口温度T0=（45 549.36-5 360）/2 308.1=17.41℃，满足温度控制的要求。

2）浇筑温度：TBp=18.15℃；混凝土水化热绝热温升值：Tt=23.92℃；混凝土内最高温度：Tmax=TBp+Tt·ξ=18.15+23.92×0.49=29.87 ℃。

3）不同配合比时浇筑温度。依相同计算方法，得出9月份时闸墩部混凝土的出机口温度（16.93℃）、浇筑温度（17.66℃）、3 d水化热温升值（51.8℃）及内部最高温度（42.99℃）。

4）各原材料比热对混凝土降温影响效果。以坝体基础混凝土为例，各原材料降低1℃时对混凝土的降温效果的作用见表3。

表3 各材料降温效果表

通过表3可知，各原材料比热对混凝土降温效果的作用，其中粗骨料影响最明显，为58.5%，冷却粗骨料可有效降低混凝土温度，其次是水的影响，为19.2%，在拌合机中加冰渣，也能降低混凝土温度，综合考虑技术与投入成本等方面，通常以冷水拌合、加冰渣拌合、冷却骨料作为降低混凝土原材料温度的主要方法。

3.3 施工采取的温度控制措施

高温季节浇筑混凝土，必须采取有效的温控措施，以利降低坝体内的最大温升，从而迅速使坝体内部温度趋于与外界气温相适应的稳定温度，避免坝体内外温差过大，产生裂缝，确保混凝土的浇筑质量。

依据猴山水库坝体混凝土温度控制标准，并综合考虑辽宁省绥中县实际气温与大坝规模等相关因素，从混凝土原料的选择、控制到拌合、运输、浇筑以及浇筑完成后保温降温措施等方面，采取控制混凝土组成材料与堆放、低温拌合、冷却原材料等多措并举的温控措施。

4 浇筑混凝土后的温度控制措施

4.1 常规养护措施

浇筑混凝土之后，为防止气温回灌导致混凝土表面温度升高，需要及时降低混凝土表面的温度，采取覆盖、浇水等方式对浇筑完毕的坝体表面进行养护工作。

4.2 内部冷却水降温措施

夏季施工时，在浇筑混凝土前预先埋设冷却水管，并在浇筑过程中及浇筑后通水，保证冷却坝体。按设计要求冷却水管采用壁厚2 mm的ϕ32 mm HDPE管，布置水平间距为1.5 m冷却水管层，通冷却水与混凝土浇筑同时进行，冷却水持续时间为两周，水流量严格控制在1.0 m3/h，为保证坝体冷却均匀，冷却水的水流方向应当每12 h改变一次，以全面降低坝体混凝土内部的温度，保证已浇筑坝体混凝土的内外温差合乎标准。

4.3 保温措施

新浇混凝土如遇气温骤降等极端天气，对混凝土表面进行采取覆盖等方式进行保护，可有效预防混凝土裂缝。如果新浇筑混凝土所在地平均气温在3 d内下降超过7℃，且重要部位和基础强约束区混凝土龄期超过3 d，一般混凝土龄期超过4 d，则必须进行表面覆盖等保温措施。

从气温昼夜温差较大的10月份开始，为缩小混凝土内外部温差，有效避免混凝土表面裂缝，应开始对坝体混凝土采取保温措施。

5 效果分析

在施工过程中每天对混凝土的拌合水温、浇筑时的气温、砂石骨料以及混凝土出机口和进行浇筑时候的温度作以一系列的跟踪检测，在8和9月份的高温季节施工中，温度控制措施的重中之重是降低骨料温度，可骨料仓旁建立蓄水池，并尽可能的降低冷却水温度，利用冷水喷淋、冷水拌合、加冰渣拌合等技术措施降低骨料温度，成果见表4。

表4 7—8月份坝体混凝土施工各温度检测成果表

从表4可以看出，将上述措施应用在混凝土的浇筑过程中，基本可以满足温度控制的要求，即使出机口温度与浇筑温度偶尔超标但持续时间较短，对混凝土坝体内部温度影响较低。

通过在混凝土内部预先埋设冷却水管、通低温水冷却来降低混凝土内部的温度，冷却水管通水温度检测记录见表5。

表5 冷却水管通水温度检测记录表 ℃

从表5可以看出，通过两周通水的检测数据，加以计算得出，冷却水管的通水温度最高值约为7.6℃，最低值为2.4℃，降低了5.4℃的温升。延长通水降温的时间，可以大幅降低混凝土内部温升值。由此可见，采用预先埋设冷却水管降温措施，可以有效地降低混凝土内部温度，使其趋于稳定，达到了温度控制的目的。

6 结论

寒冷地区大体积混凝土内部温度的高低主要取决于水泥水化所产生的水化热，因此，选取配合比中水泥的掺量至关重要；配合比中其他原材料温度决定了混凝土的拌合及浇筑温度，对混凝土内部最高温升起到一定影响，同时还影响到混凝土温度降温时间的长短。施工过程中可以采用一些相关的防裂温控手段，在混凝土内部预先埋设冷却水管可中和水化热、降低混凝土温度，冷水管通水时间与大体积混凝土内部温度降幅成正比。

［参 考 文 献］

［1］王焰驹.碾压混凝土重力坝工程中温度控制施工技术［J］.水利技术监督，2014（02）：60—62.

［2］李宏伟.碾压混凝土大坝施工温度控制措施与效果［J］.水利技术监督，2013（03）：60—63.

［3］刘玉娟，文静，王海蕾.浅淡混凝土耐久性［J］.科技信息，2012，23（07）：190-191.

［4］杨志华，谢卫生.山口岩碾压混凝土拱坝温度控制设计［J］.水利规划与设计，2013（11）：71—74.