大体积混凝土结构温控防裂技术研究与应用

大体积混凝土结构温控防裂技术研究与应用

赵志勇

中铁上海工程局集团有限公司第一机械化施工分公司 江苏南京211111

摘要：水工结构由于其独特的结构特性，大体积混凝土应用广泛，若能一次性完成浇筑不仅能缩短工期，还能增强结构的整体性和耐久性，节约成本。龙岗区上水径停车场水利工程的闸室和消力池段底板属于大体积混凝土结构，容易出现温度裂缝，通过温控措施、技术措施和施工措施，实现了底板的一次性浇筑，无裂缝产生，实施效果较为理想，为相关水工大体积混凝土一次性浇筑提供了参考。

关键词：大体积混凝土；温控防裂技术；应用

引言

在山区水利工程中，溢洪道底板混凝土不但厚度大，并且都浇筑在岩基斜坡上，形成岩基上的大体积混凝土。由于其受力条件严苛，必须采取措施防止混凝土裂缝，才能提高其使用寿命。因此，有必要采取温度控制等防裂措施。

1技术特点

闸首底板采取先中间后两侧浇筑顺序，每块在竖向方向分为3个层次浇筑。节制闸闸墩，考虑新老混凝土约束和干缩等情况，在闸墩与底板相接附近布设冷却水管，以缩减底板与闸墩之间的温差，有利于减小新老混凝土结合部位的温度应力。冷却水管转弯处、连接处做好防水处理。浇筑前，对冷却水管进行试压试验。混凝土浇筑至水管开始通水，一旦开始降温可减缓冷却水流;当降温速率接近或大于允许降温速率时，结束通水冷却。冷却水初始降温采用降水井水，后期可采用由降水井排出水与冷却管排出水中和的温水。混凝土温升过程约36h，温升结束之前开始采取表面保温措施，具体由中心温升过程线确定，可在浇筑完成24～36h开始覆盖棉被保温;保温强度、降温强度、保温降温时间可由现场监测里表温差、表面环境温差、降温速率等综合确定。

2大体积混凝土结构特性

工程桩基础采用桩长23m的预制方桩，闸室设置一周的三轴止水搅拌桩。闸室段底板为27m×31.6m，中间1.8m厚，四周为齿坎形，厚2.3m;消力池底板为27m×31.6m，中间1.8m厚，四周为齿坎形，厚2.3m;消力池分为两节，消力池Ⅰ段底板为11.8m×30.8m，厚1.8m，局部厚3.1m;消力池Ⅱ段底板为18.2m×(30～37.075)m，厚1.8m，局部厚3.1m。底板混凝土标号为C30。该工程底板按照大体积混凝土浇筑的要求采取防裂措施，考虑到工期紧张，保证底板的整体性和防渗要求，各块底板均一次性浇筑完成，不分缝也不设置后浇带，这也给防裂及温控带来了挑战，温控和防裂至关重要。大量实践和研究成果表明:大体积混凝土中温度裂缝无法避免，关键是能采取有效的防裂和控制裂缝发展的措施，而裂缝产生与边界条件、环境条件、配合比、浇筑工艺、温控措施、养护、拆模等因素密切相关，如何有效控制各方面因素是工程一次性完成大体积混凝土浇筑成败的关键。

3防裂及温控措施

3.1计算工况

①进水流道和出水流道初始工况：底板混凝土于初春浇筑，流道层和上部墙体于夏季浇筑。其中流道层分2层浇筑，浇筑温度考虑为日均气温+8℃（自然入仓），商品混凝土不采取任何温控防裂措施。②进水流道和出水流道最优工况：在基础工况基础上，将底板削峰8℃；将流道的浇筑层由2层改为1层，流道层底1.45m高度范围内削峰35℃、流道层中3.00m高度范围内削峰30℃、流道层上3.00m高度范围内削峰25℃；将上部墙体削峰25℃。相应进行温降速率和通水时长控制。流道下层、上层和上部墙体混凝土均掺入膨胀剂。另外，对底板、流道及上部墙体进行秋冬季保温。

3.2优化配合比，增强变形能力

1）水泥，采用矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥，中、低热硅酸盐水泥等，水泥中铝酸三钙的含量不宜大于8%，80μm方孔筛余不应大于1%。2）骨料。粗骨料，宜选用粒径较大的粗骨料，其含泥量不应大于0.7%；细骨料，宜选用中粗砂，其含泥量不应大于3%。3）矿物掺合料。大体积混凝土宜掺加粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等矿物掺合料，减少水泥用量降低水化热；同时也能提高混凝土的工作性、耐久性和强度。粒化高炉矿渣粉的比表面积宜为400～450m2/kg；掺加粉煤灰时应选用I级或II级粉煤灰。本工程掺加I级粉煤灰。4）外加剂，宜掺加引气剂和缓凝型高效减水剂。其中减水剂，能改善混凝土的和易性，降低泌水性，相同流动性时可显著减少混凝土的拌合用水，降低水灰比及水化热峰值，有利于裂缝控制。5）大体积混凝土配合比设计宜采用较小的砂率和塌落度。本工程（C25W6F50）采用C25钢筋混凝土，防渗等级W6、抗冻等级F5，连续级配；砂率37%，塌落度100～120mm；掺加20%粉煤灰等量取代水泥；同时掺加聚丙烯纤维，增强混凝土的抗裂能力等。6）设置后浇带。防止结构不均匀沉降或面积过大温度变化超差引起混凝土收缩开裂。本工程在新浇混凝土与原闸底板之间设置1000mm宽的后浇带，钢筋连续，浇筑时间滞后20d。

3.3冷却水管的质量控制

1.冷却水管使用前，先进行压水试验，避免冷却水管后续出现阻水或漏水现象。2.升温时段为形成紊流，将通水流量的流速控制在0.65m/s以上;降温时段，控制水阀将流速减半，用层流冷却混凝土。3.冷却管采用φ32的黑铁管，管路采用回形方式，水平铺设且各层间水管独立布置，可在循环过程中根据测温数据自动调节温度。4.浇筑后12天即可进行通水冷却，冷却的前7天连续不断通水，当混凝土温度下降超1.5℃/d时停止通水。5.为保证混凝土水管中的水化热和冷却水温最高温度差小于25℃，控制通水流量为20～25L/min，且每天4次更换进出水流方向。6.控制冷却水管进水及出水温度差在10℃内，控制冷却速度在0.6℃/d，防止混凝土产生温度裂缝。7.冷却管停止通水后，每隔12h测量一次混凝土温度，直到新的浇筑层混凝土用细石混凝土将测温孔填实封孔为止，冷却管应灌浆封孔，并裁除伸出底板部分的冷却管。

3.4温度监测

根据底板的结构形态、厚度、冷却水管布设方案，布置测温单元，实时跟踪，分析数据及温度变化趋势，及时调整温控措施，调控冷凝水通水，减少内外温差，减缓温度变化速率，防控有害裂缝的产生。闸室底板在2.3m厚度的齿坎四个脚各设置预埋一组测温传感器，1.8m厚度分别设置4组测温传感器;消力池Ⅰ段底板在加厚段第一排和第二排中间布设两组测温传感器，在1.8m厚段布设两组测温传感器。在温升初期温度变化较快，在浇筑后6h内每1h测一次，后续3d内每2h测一次，后续7d内个每4h测一次，以后数据读取时间可适当延长，根据实测的温控数据分析，在上述采取的温控措施下，通过测温情况，调控冷凝水管的流量、流速、通水时间、通水温度、停水时间及表面保温措施，混凝土内外温差均控制在25℃以内，大体积混凝土的温度控制效果良好。

结束语

通过采取优化混凝土配合比、保温降温措施仿真分析和温度场监测控制等措施，最大限度减小了大体积混凝土温差影响，减少了温度裂缝，确保了混凝土浇筑质量。

参考文献

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