大体积混凝土施工温控技术及应用效果

2023-01-26罗宇呈

河北水利 2022年11期

□罗宇呈

水利工程大体积混凝土施工过程中，易出现因温度引起的应力裂缝，该裂缝通常为贯穿裂缝，造成闸坝渗水、漏水，严重影响水工建筑物结构稳定运行。因此，水利工程大体积混凝土施工过程中的温度控制尤为重要，直接影响混凝土质量和整个工程施工质量。

1.工程概况

该水库位于河北省境内，控制流域面积755km2，总库容3.86亿m3。此次除险加固为新建溢洪道5孔闸，单孔净宽12.5m，闸室长24m，混凝土采用C30W6F200。堰体为阶梯状，堰体混凝土高度最高4.9m、最低1.7m,单仓最小浇筑量1700m3、最大浇筑量2500m3，均为大体积混凝土。

2.混凝土温控指标

2.1 一般要求

混凝土入仓温度最高不超过25℃，混凝土内外容许温差不超过24℃，混凝土温度与循环冷却水水温之差不应超过25℃，降温水的水流方向每24h调换一次，混凝土内部日降温不应超过1℃，管中水流速度控制在0.6m/s～0.7m/s。

2.2 水化热热量计算

工程采用低热水泥，水泥进场后进行水化热检测，经第三方检测机构检测数据：3d水化热231J/g、7d水化热280J/g。根据工程使用的配合比，每立方米C30W6F200混凝土使用水泥量336kg，每立方米混凝土3d水化热Q1=336×1000×231=77616×103J/m3。

2.3 冷却水流速计算

混凝土浇筑完成后，经测量3天混凝土温度可达最高，该阶段需全程通水降温，为确保降温效果循环水进出水口温度差以2℃为最佳，通水过程中调节水流速度，以达到最佳控温效果。

根据设计图纸要求，采用DN25钢管（内径30mm），钢管布设间距3m×3m，每米钢管可调节9m3混凝土的温度。水流速度计算如下：

式中：

Q1—每方混凝土3d水化热能量值，为77616×103J/m3；

T0—环境温度，取值30℃；

T1—混凝土内外容许温差，取值24℃；

T2—混凝土入仓温度，取值20℃；

C1—混凝土比热容，取值970J/（kg·k）；

ρ1—混凝土密度，取值2350kg/m3；

C2—水比热容，取值4.2×103J/（kg·℃）；

T水—冷却水的进、出水口温差，控制值2℃。

经计算：V≈0.66m/s，符合设计要求。

2.4 温控要点掌握

通过控制原材及拌合用水温度，从而控制混凝土出机口及入仓温度。采用循环冷却水对混凝土进行物理降温，并严格控制循环水的进出口水温和水流速度，控制混凝土反应过程中的温度。

3.施工过程

3.1 工艺流程

施工准备→测量放线→钢筋、模板制安→冷却水管安装→混凝土施工→冷却水降温及混凝土养护

3.2 施工准备

为保证循环冷却水的降温效果，在作业面附近采用PVC防水帆布和钢管搭设10m×10m×2m的简易无盖水池，水源采用水库水，排出的降温水一部分循环回流至水池，另一部分用于混凝土养护用水，循环水采用2寸水泵进行循环。混凝土内部采用电子测温仪，内部测温将探头埋置于混凝土外露面1.5m位置和结构中心，表面测温将探头埋置于钢筋层位置。

3.3 钢筋、模板制安

钢筋制安时，将测量混凝土表面温度的测温探头，安装在钢筋骨架外侧接近表面位置。模板均采用钢模板，墩头部分采用定型钢模板，其他部位采用90cm×150cm散装钢模板拼装，模板内侧安装一个测温探头，用于测量模板拆除前混凝土表面温度。

3.4 冷却水管安装

冷却水管采用导热性良好的DN25钢管，间距3m×3m，蛇形布置，最外侧钢管与混凝土外露面间距1.5m，钢管全部采用钢筋焊接固定。新浇筑仓面单独通水，后期根据混凝土温度可进行串联通水。为保证24h变换一次水流方向，将管道制作成“T”型结构，采用阀门控制水流方向，顺时针水流见图1，逆时针水流见图2。

图1 顺时针水流

图2 逆时针水流

3.5 混凝土施工

拌合、运输。混凝土采用商品混凝土，配合比采用第三方实验室出具的配合比进行配料拌合，混凝土拌和执行SL677的相关要求，混凝土出站前，对其和易性、坍落度、温度等指标进行出机口检测并记录，确保混凝土各项性能符合设计要求。混凝土采用混凝土搅拌运输车运至施工现场。混凝土至浇筑成型全过程，不得随意加水。

浇筑。混凝土运至现场后，根据SL677的相关要求进行入仓前检测，其中混凝土入仓温度严格控制不高于25℃。在高温季节施工时，采用喷雾装置对浇筑仓面进行预降温。

混凝土浇筑采用泵送入仓台阶法分层布料，即先浇筑最低点，待仓面齐平后，从下游向上游浇筑，边前进边加高，逐层向前推进，每层厚度控制在30cm左右，采用70型振捣棒振捣密实，以混凝土表面泛浆且不冒气泡为宜，严谨漏振、欠振或超振，同时在振捣过程中，控制振捣棒距离冷却水管、模板不小于50cm，严禁扰动冷却水管和模板。

3.6 冷却水降温及混凝土养护

冷却水降温。浇筑完成后，立即测量气温、混凝土内部及表面温度，若温差超过24℃需立即通水，原则上待混凝土浇筑完后，开始通水降温。冬季施工时，待混凝土终凝后开始通水。通水过程中，每天测量冷却水温度和混凝土内外温度并记录，测量频次约4h/次。冷却水流速控制在0.6m/s～0.7m/s,水流方向每24h调换1次，日降温控制不超过1℃/天。

当混凝土温度与水温≤25℃，且日降温≤1℃/天，可采用循环水养护混凝土，并适当向水池中补注冷水，保证冷却水水源充足。当混凝土温度与水温＞25℃，但日降温≤1℃/天，禁止使用循环水养护混凝土，并减少向水池中补注冷水。当混凝土温度与水温≤25℃，但日降温＞1℃/天时，减少循环水养护混凝土，并减少向水池中补注冷水，适当降低水速。当混凝土温度与水温＞25℃，且日降温＞1℃/天时，停止使用循环水养护混凝土，同时停止向水池中补注冷水，并降低循环水流速。当混凝土内外温度＞50℃时，在保证日降温≤1℃/天的条件下，适当增加循环水流速。当混凝土内部温度降至与同一天最低环境温度的温差＜24℃，且连续监测5天仍为该结果，可停止循环水，并继续测温7天，温差仍保持在设计值以内，则降温完成，采用M35砂浆将降温管封堵。

混凝土养护与保护。混凝土浇筑完成后表面覆盖薄膜并进行洒水保湿养护，温度较高时在终凝后开始洒水养护，洒水次数以混凝土表面处于潮湿状态为准。养护水宜选用循环水，因循环水温度接近混凝土内外温度，减小温差。

4.混凝土温控技术要点

4.1 一般要求

混凝土浇筑的纵横缝设置、分层厚度及间歇时间等按设计要求和SL677的规定执行。严格控制混凝土入仓温度，6—8月份混凝土最高温度≤25℃，其他月份最高温度≤20℃、最低浇筑温度≥5℃。混凝土内外容许温差不超过24℃。在龄期28天以上的老混凝土面上施工时，新老混凝土允许温差不超过18℃。连续5天混凝土内部温度与同天最低气温小于24℃时，可停止循环水降温。

4.2 高温季节温控措施

4.2.1 混凝土拌和

骨料降温：搭设遮阳棚避免骨料被太阳暴晒，增加储料量保证骨料的堆高超过6m，同时延长骨料堆存时间，如果气温过高，以上措施不能满足要求时，采用喷雾降温或添加碎冰块降低粗骨料温度，细骨料采用冷气降温。

拌和水降温：拌合水中添加碎冰屑，条件允许时也使用温度低的地下水，同时拌合用水的储水箱放置在凉棚中或搭设遮阳棚，并采用保温被包裹水箱和输水管进行隔热，气温过高时采用制冷机对拌和水降温。

掺加外加剂：采用减水剂减少拌合水用量，以降低混凝土早期水化热。

设备降温：拌合系统均搭设遮阳棚，避免阳光直射造成设备温度过高，同时混凝土施工尽量选择在一天气温较低的时间段进行。

4.2.2 混凝土运输

混凝土搅拌运输车停放在遮阳棚内以降低罐体温度，在使用前采用冷水冲洗罐体进行降温，对施工路线进行日常维护，确保运输线路畅通，缩短混凝土运输时间。

4.2.3 混凝土浇筑

尽量避开高温时段施工，宜选择每天16时—次日10时。混凝土浇筑前采用喷雾措施降低仓面温度，但需保证仓面无积水，可对钢模板外侧洒水降温。混凝土入仓后立即进行平仓，尽快覆盖上层混凝土，缩短混凝土在空气中的暴露时间，以最短时间浇筑成型。混凝土浇筑完成后，根据实际情况及时采用循环冷却水对混凝土降温。

4.2.4 混凝土表面养护

混凝土拆模后，及时对已浇混凝土进行不间断洒水养护，并时刻保持混凝土面湿润，使混凝土能良好散热。

4.3 低温季节温控措施

混凝土低温季节施工，由于室外温度低，主要控制混凝土的内外温差不超过25℃。

4.3.1 砂石骨料储备

在进入低温季节施工前提前储备骨料，并将骨料尽量堆高，增加薄膜覆盖，砂石骨料进场前检查含水率，防止因含水率大导致骨料受冻影响混凝土质量。

4.3.2 混凝土浇筑准备

混凝土施工前提前将加热器具、保温材料等准备充足，配备足够的施工人员、施工设备等，对参与冬季施工的机具（如拌合楼、混凝土运输车、泵车等）进行冬季养护，确保机械设备工作正常。

4.3.3 拌合水加热保温

首先考虑热水拌合，采用岩棉包裹储水箱、供水管道等进行保温，采用加热棒对封闭的水箱持续加热或采用锅炉加热拌合水，储水箱内设温度计，用于观察和调控水温，拌合用水温度控制在60℃左右，水温超60℃时需改变投料顺序，水温应根据混凝土入仓温度适当调整。

4.3.4 混凝土拌制

混凝土拌合前，采用热水冲洗拌和机，并将积水或冰块清除，让拌合机提前预热。混凝土拌制时间比常温季节适当延长12s～15s，由试验确定最终时间，合理调整投料顺序，与材料加热条件相适应。当拌合水温度＞60℃时，改变投料顺序，先将骨料与水拌合，然后加入水泥、粉煤灰、外加剂等材料拌合至规定时间，并应避免水泥假凝。应对混凝土温度、和易性经常检测，若偏差较大，需对拌合过程和材料温度等进行检测、调整、改进。

4.3.5 运输设备保温

采用保温被包裹混凝土罐车，工作停顿或结束时，采用热水将罐内清洗干净，恢复作业时预先加热罐体。随时维护施工路，确保道路畅通，以缩短运输时间，减少混凝土在运输过程中散热。

4.3.6 新浇混凝土覆盖

混凝土施工完成后，及时采用草帘、棉被等进行覆盖保温避免新浇混凝土受冻，立面模板外侧悬挂保温被，并增设挡风保温措施。

4.3.7 延长拆模时间

在低温季节浇筑的混凝土，当遇到气温骤降时推迟拆模时间，延长覆盖保温时间。