太浦河泵站混凝土施工温控技术

李建文

摘 要：太浦河泵站工程泵房主体砼的施工，由于民房拆迁工作的拖后，致使工程正式开工推迟了近4个月，迫使泵房砼施工不得不赶在8月高温季节开始进行浇筑。为了尽可能有效地防止砼裂缝的产生，尤其是防止产生危害性裂缝，在浇筑泵房流道（底板、墩墙及顶板）砼时，必须采取必要的、有效的温控措施，以确保泵房主体砼的质量，争创优质工程。

关键词：混凝土;拌制;浇筑;温控

中图分类号：TV553文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0107-05

1 工程情况

主泵房为堤身式块基型结构，站身顺水流向宽40.45m，长67.56m，分三块底板，每块底板的平面尺寸为40.45m×22.5m，布置2台机组;泵房地基为⑤1层粉质黏士，容许承载力仅为105kPa，不能满足设计要求的166.95kPa，故泵房基础全部采用直径70cm、深5.9～7.4m的深层水泥搅拌桩加固，总计2 020根;进水侧底板底高程-8.05m，出水侧底板底高程-6.45m，底板砼厚2m;高程l.45m以下为泵房流道部分，高程1.45m以上为泵房上部结构[1]。每台水泵进、出水口流道宽度均为9.lm，中间设隔墩;每2台机组间设中墩，隔墩宽1.1m，中墩宽1.4～5.25m，边墩宽1.45～4.3m，顶板砼厚1.2～2.2m。设计要求在浇筑底板砼时必须一次浇筑，不允许分层分块;墩墙和顶板允许在结构应力较小处设垂直施工缝。流道部分从-8.05m～顶板l.45m总高度9.5m，分底板、墩墙、顶板三层完成。采用的浇筑方法如下。

①底板。每块底板的平面尺寸为40.45m×22.5m，厚度为2.0m，砼方量为2 370m3，设计要求必须一次浇成，不允许分层分块。而现场的浇筑机械能力较小，仅在主泵房的上游11m处安装了1台80T·M的轨道式建筑塔吊，起重能力為12.5m时，吊重6t;起重能力为26.6m时;吊重3t;起重能力为37.5m时，吊重2.0t;起重能力为45m时，吊重1.6t。泵房下游4m处在中间安装了1台60T·M的固定式建筑塔吊，起重能力为12.4m时，吊重3t;起重能力为25m时，吊重2t;起重能力为42m时，吊重0.75t。因而，底板砼无法采用塔吊进行浇筑。原打算采用砼泵，但又担心用泵砼水泥用量大而加大水化热温升，因此决定采用常态砼。由此，泵房底板砼最后确定采用蛇形钢筋柱搭设浇筑平台，使用2t的农用翻斗车直接入仓的浇筑方法，自上游向下游台阶式推进浇筑[2]。

②泵房流道的墩墙砼。由于墩墙仓号较小，又可逐个墩子进行浇筑，故采用塔吊进行浇筑。

③泵房顶板砼。上游部分可采用上游塔吊浇筑常态砼，下游部分，由于下游塔吊能力较小，且距上游塔吊较远，原计划是搭设浇筑平台使用农用翻斗车进行浇筑。但后来因浇筑顶板时已到11月，气温较低，同时考虑到顶板钢筋太密，故决定改用泵送砼较可靠。工程所在地苏州吴江的气温资料见表1。

6月底和7月初的工地实测最高气温达39℃，中午实测得出的河水、砂子、碎石及砼出机口温度分别为32、33、36℃和36℃。

2 温度的主要控制措施

2.1 设计对温控的要求

设计要求较为简单，仅在主泵房砼分层分块图中有以下要求：为避免大体积混凝土由于温度应力作用而产生裂缝，泵房大体积砼浇筑入仓温度不得超过25℃，并应加强养护，注意保温，避免冷空气袭击。同时，应加入合适的外加剂，如在砼中加入WG-HEA高效抗裂性防水剂或同类产品。同一浇筑层中各块体应间隔浇筑。水平工作缝间隔时间为5～7d，垂直工作缝间隔时间不少于7d。

2.2 温控措施的主要特点

砼产生裂缝的原因是多方面的，必须从结构设计、温度控制、原材料选择、施工安排和施工质量等方面采取综合性措施。但是，由于温度变化和砼收缩而产生的温度应力和收缩应力是导致大体积砼出现裂缝的主要原因，所以在制定温控措施时，必须把控制砼的最高温度作为主要方面。这就要从降低砼出机口温度、入仓温度和降低水化热温升着手。

本工程中砼的形状复杂、块体大，每块底板为40.45m×22.5m，但厚度仅2m左右，且不允许分层分块浇筑;墩墙厚度不均，同一墩子最厚处为5m，最薄处仅1.4m，隔墩厚仅1.1m，但长度达16m;顶板厚度为1.2～2.2m，但形状较好，上、下游顶板长、宽基本一致。总体来看，各部位的厚度均不大，有利于砼散热。为防止砼产生表面裂缝，应控制好砼的内外温差，一般不要超过25℃。主要温控措施是降低砼最高温度，并做好砼表面的保温防护。

本工程中泵房的基础为水泥搅拌桩加固后的土质地基，基础约束可不考虑。

制定砼温控措施时，必须结合工地的实际情况，采用技术上可行、操作上简便实用、经济上节省的措施。

2.3 降低砼水化热温升的主要措施

在满足设计要求和施工质量的前提下，尽量减少单位水泥用量，是降低砼水化热温升的有效措施。实践表明：每立方砼中少用水泥10kg，可降低砼绝热温升1.2℃左右。减少单位水泥用量，主要是采用掺粉煤灰和外加剂，同时尽量采用低坍落度和大级配砼。本工程泵房砼由于钢筋很密，故只能采用二级配（底板小，部分可用三级配），坍落度也不宜太小，大部分采用7～9cm。根据局中心实验室提供的砼配合比试验资料，粉煤灰选用苏州望亭电厂的Ⅰ级粉煤灰，掺量20%;外加剂选用江西萍乡赣西防水材料厂的WG-FDN高效减水剂，掺量为0.5%～1.5%时，减水率为14%～25%，掺量为1.0%时，减水率为22%。在浇筑顶板砼时，由于采用泵砼，11月初的气温虽己降至9～19℃，但考虑到顶板的重要性，采用了掺加WG-HEA抗裂防水剂，掺量10%（以总胶凝材料计，按80%替代水泥）。试验测得砼的自身体积变形值7d为123.4×10-6，28d为106.5×10-6，4d时出现最大值，为128.1×10-6。

经试验后确定的泵房流道砼施工配合比见表2。

根据以上配合比，可用式（1）计算各种配合比砼的最终绝热温升。

[Q0=WCQC+WFQF+WPQPpc]         （1）

式中：[WC]、[WF]和[WP]分别为水泥、粉煤灰、抗裂剂的用量，kg/m3;[QC]、[QF]和[QP]分别为水泥、粉煤灰、抗裂剂的水化热总量，kcal/kg;[p]为砼的容重，取2 400kg/m3;[c]为砼的比热，取0.235kcal/（kg·c）。

试验测得水泥7d的水化热为312J/g，即74.6kcal/kg，推算可得水泥的水化热总量为89.0kcal/kg;粉煤灰也有一定的活性，其发热量可取水泥的55%;抗裂微膨胀剂WG-HEA也按粉煤灰发热量计算。由此，坍落度为5～7cm时，常态砼的最终绝热温升为：二级配砼不掺WG-HEA时，[Q0]=42.5℃;二级配砼掺10%WG-HEA时，[Q0]=41.3℃：三级配砼不掺WG-HEA时，[Q0]=39.9℃。

坍落度为14～16cm，泵送砼不掺WG-HEA时，[Q0]=49.9℃;掺10%WG-HEA时，[Q0]=48.6℃。

通过上述计算可知，泵送砼的水泥用量多为33kg/m3，其绝热温升比常态砼高7℃以上：常态砼二级配比三级配约高3℃。

2.4 降低砼出机口温度和入仓温度的主要措施

①降低骨料温度。骨料仓要保持堆满，高度不小于5m，并用竹笆搭设防晒棚，防止太阳直射。同时，用7～10℃冷水喷淋降温（砂子除外，喷嘴间距3m×4m，使石子骨料保持湿润，加快蒸发降温）。在8月中旬，白天气温32～34℃情况下，实测石子温度为26～28℃，收到了较好的降温效果。在没有喷淋时，实测石子温度與气温基本相同。

②采用低温冷水拌和砼。购置了2台冷水机组生产5～7℃冷水，制冷量为67.2万kcal/h，冷水产量可达20m3/h左右，按50m3/h拌和能力计算，需要7℃冷水7m3/h左右，可以满足冷水拌和与骨料喷淋的需要。

③加强现场施工组织和管理，缩短砼运输时间和减少中间倒运次数，要求砼从出机口运输到吊运入仓的时间不超过60min（运输砼的自卸汽车加活动遮阳棚），减小砼的温度回升。通过实测可知，在8月中旬气温为32～34℃的情况下，浇筑1#2#机组底板砼时，入仓温度比出机口温度高约2℃。

④采用一期冷却，削减水化热温升、降低砼最高温度。对于墩墙、顶板砼，要在底板砼浇完成一个月后才能浇筑。考虑到受底板砼的约束，又属薄长型结构，采用一期冷却水管进行冷却。在墩墙厚度大于2m的部位按0.8m×1.0m布置Φ25mm水管，通冷水（28℃）10d左右。

2.5 砼的后期温控主要措施

加强表面保湿保温、减小砼的内外温差是防止砼表面产生裂缝的有效措施。由于水泥（包括粉煤灰）的水化热作用，砼温升加快，一般在3～5d即达到峰值，之后随着水化热作用逐渐减弱和消失，并向周围逐渐散热，砼温度逐渐下降。自然冷却情况下的散热过程比较缓慢[3-5]。在砼内部升温及达到峰值后降温的过程中，当砼内部与砼表面温差较大时，砼表面极易产生裂缝。施工规范规定：砼的最大内外温差不能大于20～25℃。必须做好砼的表面保温保湿工作。具体来说，在泵房施工中，当砼达到终凝后立即覆盖一层塑料薄膜和一层麻袋或草袋，及时进行保温和保湿;在冬季，封闭泵房流道上、下游口门，防止穿堂风对砼表面的冷击。

2.6 温度计算

2.6.1 砼出机口温度。按照拌和前砼原材料总热量与拌和后流态砼的总热量相等的原理，利用式（2）计算砼出机口温度：

[T0=CS+CwqsWSTS+CG+CwqGWGTG+CcWcTc+Ww-qsWs-qGWGTwCsWs+CGWG+CCWC+CwWw] （2）

式中，[CS]、[CG]、[CC]、[Cw]分别为砂、石、水泥、水的比热，Kcal/（kg·℃），取值为：[CS=CG=CC=0.2]，[Cw=1.0];[qs]、[qG]分别为砂、石骨料的含水量，分别取3%和2%;[WS]、[WG]、[Wc]、[Ww]分别为每立方砼中砂、石、水泥（包括粉煤灰）和水的重量，kg;[TS]为砂子的温度，取30℃;[TG]为石子温度，取28℃;[Tc]为水泥和粉煤灰温度，取散装水泥和粉煤灰[Tc]=50℃;[Tw]为拌和水温度，采用冷水拌和，[Tw]=7℃。

计算可知：C25W6F50坍落度为7～9cm时，二级配常态砼[T0]=27℃;坍落度为7～9cm时，三级配常态砼[T0]=27.1℃;坍落度为14～16cm时，二级配泵砼[T0]=25.6℃。

若不采用7℃冷水拌和砼和喷淋骨料降温，而采用30℃河水拌和砼，砂、石温度按31℃计算，则坍落度7～9cm时，二级配砼出机口温度[T0]=32.3℃。

2.6.2 入仓温度。入仓温度的计算公式如式（3）所示：

[TBP=T0+（Ta-T0）×（θ1+θ2+…θn）]          （3）

式中，[T0]表示砼出机口温度，取27℃;[Ta]表示砼运输时的气温，8月份取37℃;[θ1、θ2、…、θn]为有关系数，砼运输过程中，每装卸转运一次[θ]=0.032，以三次计砼运输时[θ=At]。其中，[A]为系数，[t]为汽车运输时间。机动三轮车[A]=0.007，[t]=10min;自卸汽车[A]=0.003，[t]=45min;泵送砼[A]=0.010，[t]=15min。

代入计算可得：底板和边墙砼的入仓温度[TBP]为30.0℃;顶板泵送砼的入仓温度[TBP]为27.3℃。

若不采用7℃冷水拌和砼和喷淋骨料降温，而采用30℃河水拌和砼，则8月份的砼入仓温度[TBP]为33.7℃。

2.6.3 砼浇筑温度。砼浇筑温度系指砼经过平仓振捣后，覆盖上层砼前在5～10cm处测得的温度[7-10]。计算公式如式（4）所示：

[TP=TBP+0.003τTa-TBP]            （4）

式中，[τ]为砼平仓振捣后到上层砼覆盖前的间隔时间，取120min;[TBP]为砼入仓温度，7℃冷水拌和砼时入仓温度为30℃;[Ta]为气温，8月份取37℃。

将相关数据带入公式可得：常态砼的浇注温度[TP]为=30+0.003×120（37-30）=32.5℃;泵送砼的浇注温度[TP]为30.8℃。

若采用30℃河水拌和砼，[TP]=34.9℃。

2.6.4 砼最高温度计算。砼最高温度计算公式如式（5）所示：

[Tmax=Tp+Tr]                           （5）

式（5）中，[TP]为砼浇筑温度，取32.5℃;[Tr]为水化热温升。

砼入仓后的温升主要由水泥水化热引起，同时也与入仓温度、气温、散热条件和浇筑块的厚度有关[11-15]。砼水化热温升的精确计算较复杂，现参照有关资料按式（6）进行计算：

[Tr=Nθ0]                               （6）

式中，[θ0]为砼最终绝热温升，℃。如前述，二级配常态砼[θ0]取42.5℃，三级配常态砼[θ0]取41.3℃;[N]为函数，与浇筑厚度、浇筑温度、时间、砼导温系数有关，可从有关资料图表查得。砼最高温度计算结果，2m厚底板，坍落度5～7cm，二级配砼，如表3所示。

从表3可知，砼最高温度出现在浇筑后第4天，为58.0℃。

若采用30℃和水拌和砼，则砼最高温度[Tmax]=60.4℃。

3 温控效果

3.1 温度监测

①在砼浇筑过程中进行温度监测。每4h测一次砂、石、水、温度、砼出机口温度和浇筑温度，并同时记录当时的气温。浇筑温度的测量为每100m2仓面面积应不少于一个测点，每一浇筑层应不少于3个测点。

②埋设内部温度计。每块底板共布置7个测点，每个测点在距顶面和基础面各20cm处和底板中部各埋设一只温度计，各测点电缆集中引至观测站。由专人进行温度计的埋设、维护、观测和资料整理。砼浇筑后即开始测量，前7d每天观测3次，以后每天1次。

3.2 效果评价

3.2.1 浇筑过程测温。以1#2#机组底板砼为例，浇筑方量2 370m3，浇筑时间8月16日08：30开盘至8月21日06：00收盘，历时118h，浇筑期气温：白天33～34℃，晚上23～25℃。

实测砂子温度：白天27～29℃，晚上23～24℃;实测石子温度：白天26～28℃，晚上23～24℃;实测水温度6～11℃;實测砼出机口温度：白天27～29℃，晚上25～27℃;实测砼入仓温度：白天30～31℃，晚上26～28℃;实测砼浇筑温度：白天31.5～32.5℃，晚上26～28℃。由于采用了7℃冷水拌和砼（包括减水剂调制），并对石子骨料用7℃冷水进行喷淋冷却，最终得出：在8月份白天气温为33～34℃的情况下，砼出机口温度降低到27～29℃;晚上23～24℃，降低了5～6℃。

3.2.2 浇筑后测温。仍以1#2#机组底板为例。其中温度计2#、5#、6#测点的砼温度情况见表4。

从表4可以看出，砼的最高温度出现在浇筑后的第3～5d，且在砼的中部，以后逐渐下降，到28d时已降至30℃左右，以后将更加缓慢，1#、2#机组底板砼实测最高温度[Tmax]=57.6℃，与计算的[Tmax]=58.0℃非常接近。

3.2.3 评价。太浦河泵站工程主泵房流道底板、墩墙、顶板砼施工，由于采用了比较完整有效的温控措施，较好地降低了水化热温升。在8月份气温为32～34℃的情况下，使砼的最高温度由不采取温控措施时可能达到的60.4℃降低到57.6℃，取得了较好的效果。在砼浇筑过程中，采用7℃冷水拌和和骨料喷淋降温等有效措施，同时及时在砼表面采用薄膜和麻袋进行覆盖，以保湿保温、延长拆模时间、减小内外温差，此外，还在顶板砼中掺加了WG-HEA抗裂防水剂，收到了良好的效果。在竣工验收检查中，未发现砼有任何裂缝，为获取上海市优质结构和“白玉兰”奖奠定了基础。

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