探讨船闸工程大体积混凝土的施工温度控制技术

李晓玲

（贵州远航交通工程有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

大体积混凝土是船闸工程中的一种主要结构，它在闸首、闸室等主要部位的施工中得到了广泛的应用。大体积混凝土中的配筋数量相对其他结构件比较少，在温度应力作用下，更容易受到破坏[1-3]。因此在大型混凝土浇筑过程中，闸首、闸室等关键部位的温度控制技术是确保施工质量的关键。

1 大体积混凝土施工中常用的温控技术

1.1 混凝土原材料的选用与配比的优选

选用的混凝土材料必须具有较小的绝热温度、较高的抗拉强度、极限抗拉变形性能[4]，因此，必须采取适当的方法，使其自身体积变形应为微膨胀或是低收缩，以下是一些具体的措施：

（1）选择低水化热的水泥，并尽可能减少单位水泥的使用量。

（2）选择适当的水泥种类，在混凝土强度低于C50的情况下，可选用矿渣水泥、粉煤灰水泥；C60级的混凝土，选用52.5级的硅酸盐水泥或其他高性能的硅酸盐水泥。

（3）减少水泥的细度，减少混凝土的收缩应力。

（4）粗骨料选用自然连续级配，并以石灰岩、玄武岩、花岗岩等低热胀率、高极限抗拉强度为加工用母料。

（5）细骨料选择中粗砂，其中0.315 mm以下的细粒度不宜低于15%，控制为20%是最佳指标量。

（6）最佳配比的原则是：既要达到强度的要求，并降低水泥的用量，增加混凝土的流动性。

1.2 混凝土浇筑程序的合理安排

在大体积混凝土施工中，通常采取分块浇筑法，以减少内外温差，加速混凝土的散热。分块浇筑可分成两类：分层浇筑和分段跳仓浇。

分层方法可以保证混凝土的热辐射均匀，且不会出现竖向开裂；分段浇筑是一种适用于混凝土拌制生产能力相对不足，且耐渗透性能要求较低的混凝土结构工程。

1.3 混凝土出料及浇筑温度的控制

夏季可以在混合物中加冰降低原料温度，冬季采取原料加热等措施，来控制入模温度。

1.4 及时采取保温保湿措施

保温养护措施是指保证混凝土浇筑的内外温差、降温速度，达到温度控制指标的一系列方案。保温养护期，应按温度应力大小控制，但不宜小于15天，并按分层、分阶段进行。

在保温和养护时，必须在混凝土表面覆盖一层薄膜，以防止水分流失，并在膜下喷洒水，以保持其湿润。

1.5 制定应对气候突变的计划

在大体积混凝土的施工和养护阶段，针对明显的降温、暴雨、大风等天气，要根据当地的气象资料，采取相应的措施，例如准备好防护层、防风材料等，防止混凝土的突然升温或降温

1.6 埋设冷却管道的方法

将冷却管预先埋设在混凝土中，利用冷却水管道中的水进行交换作用，再发挥循环水流的作用，对混凝土内部的水化热进行调控，降低内部的温度，从而减小内外温差[5]。

2 船闸混凝土施工温度控制技术方案

2.1 方案设计

某船闸项目按照四级通航标准进行设计，主要结构包括闸首、闸室、导航墙、导流通道等；附属结构包括靠船墩、辅道、连接线等项目。闸头为钢筋混凝土整体结构，闸门宽为12 m，上闸高20 m，宽24 m，边墩顶部标高30.0 m，门槛顶标高16.13 m，总高19 m；下闸高21 m，宽24 m，边墩高29.97 m，门槛高14.0 m，高

19.27 m。

该船闸为预应力混凝土船坞结构，其净宽度为12 m，边壁标高29.5 m，底板顶高14.0 m，底板宽度2.2 m，总高16.7 m。闸头门为钢结构人字门，闸门为钢平板门，检修门为钢浮箱。闸门及阀门的开闭全部由液压动力驱动，并由PLC进行编程。

2.2 施工条件

项目所处的区域具有明显的四季特征，年平均温度为15.1 ℃，降水相对较少。交通方便，建材的运输主要以公路为主，水路为辅。该项目位于县城附近，供水、供电均可从县区内直接导入。目前，该项目的主要基坑和引水渠已经开挖完毕，所有的混凝土结构已经在基坑内进行了立模，进入了现浇施工阶段。

2.3 温控目标

大体积混凝土的持续浇灌、凝结硬化，其水化反应会产生大量的水化热。而表层的热量会更快的散失，从而在混凝土的内部和表面产生更大的温度差。由于混凝土内外温度变化、气候变化等环境条件的影响，使混凝土产生温度和温度应力的不均匀性，在混凝土的局部应力比混凝土的瞬时抗拉强度大的情况下，会使混凝土内外表面产生裂缝[6-7]。

温度裂缝是混凝土早期开裂的主要因素，其破坏程度一般为贯穿性，对结构的抗渗性、完整性、耐久性等都有很大的影响。

结构体在任意时刻和任意断面上，两个点的温差控制指标为20 ℃，最大不能超过25 ℃，冷却速度也应控制在3 ℃/d以下；原材料的入模温度应控制在低于25 ℃，高温天气不宜高于28 ℃。

2.4 施工过程温控措施

2.4.1 底板施工过程温控措施

（1）减少水泥水化热：1）选择低水化热或中等水化热的水泥；2）采用粗集料，选择粗砂、二次混合，并加入粉煤灰改良混合料，以提高和易性；从而减少水泥用量，降低水化热量。

（2）降低混凝土的入模温度：1）在高温天气下进行混凝土浇筑，应在当天的低温期进行施工；2）高温天气，采用低温混合料，降低混凝土入模温度；3）采用水平运输的方式，通过输送管将水泥熟料直接送至仓面，并喷洒水冷却碎石；4）使用NF1缓凝型高效减水剂，可以有效地减少混凝土的初凝时间。

（3）强化施工中的温度控制：1）混凝土浇筑后进行润湿养护，缓慢冷却，使徐变性能得到最大程度的发挥；降低温度应力，防止暴晒；2）采用延长养护期的措施，在混凝土终凝状态后，用土工布覆盖在表层，进行喷洒养护；3）在结构体浇筑前的模板内上，分层设置冷却水管道及温控装置，并依据埋设的温度监控设备，掌控结构体内外温差情况，来决定通水时间，以降低混凝土内温，预防裂缝。混凝土浇筑后，将冷水注入冷却水循环钢管内，能快速地将水化热量从混凝土中排出。通过定时调整进、出水的方向，可以有效降低混凝土的温度。

（4）混凝土的养护：浇筑后的混凝土，在终凝后进行喷水养护。混凝土用土工布包裹，使用自动喷淋系统，润湿养护，连续养护时间应在14天以上。

2.4.2 闸墙施工过程温控措施

闸室壁下段仍有较大的厚度，同时也是一种混凝土结构。为了减少混凝土的水化热，应通过改善混凝土的配比、减少水泥用量、采用低发热量的水泥等工艺措施，从混凝土内部进行散热。

通过实践证明，循环水是一种行之有效的方法，而且工艺成熟、操作便捷。循环水选用6~8 ℃的深层地下水。在混凝土浇筑后，将冷水注入冷却水钢管内，形成循环水，可将混凝土结构内部的水化热迅速排出，混凝土的温度得到有效管控。

2.5 现场温度监测

（1）温度监控装置：选择性能稳定的测温元件，用以对各个测点的温度进行测量。传感器根据钢筋结构的空间布局，进行分层定位和安装。为了防止在混凝土振动中受损，监测系统的导线都应做好防护。采用SdT型温度仪-2型，对其进行温度监测。SdT系列温度仪可长期用于水工建筑物和其他混凝土建筑物的内部温度的测定，具有长时间的稳定性以及良好的防水能力，不受长电缆的影响，完全适用于自动监控[8]。

（2）监控测量点的设置：大体积混凝土温度监控的内容包括最大温差、最大升温、最大降温速率。其中包括了截面温度梯度、入模温度等。根据实测数据，在基础底板混凝土中铺设5组温度传感器，安装位置见图1；在闸门混凝土中安装了两组温度传感器，见图2。

图1 下闸首温度监控元件布置图（单位：mm）

图2 闸室温度监控元件布置图（单位：mm）

（3）监测频次，在浇筑和养护过程中，对混凝土体内及表面温度进行24 h不间断的监控。在混凝土浇筑后24 h，每隔2 h测一次温度，达到最大值后，每隔4 h测一次，连续3天；3天后，每8 h进行一次监控温度测量，连续控制7天。对各个测点温度、最大温差、最高温度进行实时监测，一旦发现异常，立即向施工方报告，并采取相应的措施[9]。

2.6 测试数据分析及结论

在大体积混凝土浇筑全过程中，各温度测量点的最高温度没有超过75 ℃，从而达到了大体积混凝土的温控要求。

（1）该船闸工程大体积混凝土施工中，同一断面上多个测温点在同一时刻的不同测点间的温度差不大于20 ℃，从而达到了对大体积混凝土施工温度控制的要求。

（2）在整个船闸工程的大体积混凝土施工中，闸头和闸室底部的大多数温度点的冷却速度均在3 ℃/d以下，仅有少数几个点在混凝土浇筑之前1~2天内的冷却速度在3 ℃/d以上，从现场的情况来看，不会造成大体积混凝土施工中出现裂缝病害[10]。

（3）根据现场资料的原始记录，在该船闸工程施工过中，大体积混凝土的入模温度均低于25 ℃，内外温差均在25 ℃以下，满足大体积混凝土的施工要求。

（4）通过对船闸工程大体积混凝土温控数据和图表分析，并结合现场实践，采取的温控措施，满足了大型混凝土技术规范的要求，从而解决了大型船闸大体积混凝土浇捣阶段温度控制的问题。

3 结论

综上所述，该文根据实际情况，对大体积混凝土的温度裂缝质量病害进行了初步的讨论与分析，并对其在施工过程中的温度控制技术进行了归纳，具体包括：混凝土原料的选择及混凝土配合比的优化；混凝土浇筑程序的合理安排；混凝土出料及浇筑温度的控制；及时采取保温保湿措施；制定应对气候突变的计划；埋设冷却管道。通过一系列温控措施的综合运用，该项目的大体积混凝土浇筑质量合格，没有出现温度裂缝等病害。在科技高速发展的今天，新材料、新技术、新工艺的不断出现，为提升大体积混凝土施工阶段的质量管理，可进一步从理论、材料、工艺等方面进行深入的探索。