万安二线船闸大体积混凝土温控措施研究

周小敏 徐旋 江西省港航建设投资集团有限公司

1.前言

船闸工程大多数构件属于大体积混凝土，极易产生裂缝，施工过程对控裂要求高。大体积混凝土在升温和降温阶段，因温度应力导致的开裂问题非常普遍，是目前仍需深入研究解决的工程技术难题。万安枢纽二线船闸工程为江西省龙头船闸，大体积混凝土浇筑体量大，为确保混凝土施工质量，根据工程的实际情况，合理地制定了温控措施，避免、防止裂缝的产生，并以期为类似船闸工程大体积混凝土浇筑提供参考。

2.工程概况

万安二线船闸工程由上引航道、上闸首、闸室、下闸首及下引航道等组成。闸室有效尺寸为180×23×4.5m（有效长度×有效宽度×槛上水深）。二线船闸按Ⅲ级标准设计，上游施工挡水围堰、复建土坝以及船闸上游进水墙、上闸首、闸室、下闸首为枢纽挡水前缘组成部分，按I级建筑物设计，导航墙及靠船墩等结构按3级建筑物设计。船闸结构混凝土达90余万方，主体结构采用C30混凝土，闸顶105m高程（吴淞高程）、建基面高程44m。船闸分层分块将闸室分为11段、每段每层按3m一层进行浇筑，闸首边墩按3m一层进行浇筑。

3.温控措施

3.1 混凝土原材料优选

大体积混凝土可采用普通硅酸盐水泥，不使用早强水泥。水泥比表面积控制在300～380m/kg范围。（明确水泥规格）活性掺合料选采用Ⅱ级原状粉煤灰和S95矿渣粉。

骨料使用最大公称粒径不超过80mm的混合级配卵石，采用中砂的细度模数为2.6至3.0，经检验合格的河砂、卵石等骨料应存放于可防晒、防雨、排水通畅的料仓中。

本工程所使用的外加剂为缓凝型高性能减水剂，掺减水剂混凝土的28天收缩率比不能大于100%。拌合水设置集装箱式冷水系统，对拌合用水进行冷却，拌合水温度不大于5℃，此温度代表出机口水温。夏季骨料温度较高，考虑使用制冰设备，混凝土制备加入碎冰搅拌（碎冰的块体大小，不宜过大，保证出机时碎冰全部融化成水）控制出机温度，加冰量根据原材料温度实际情况进行计算。

3.2 配合比优化设计

采用绝热温升低、抗裂性能良好的配合比是大体积混凝土温控的重点。优化配合比，在满足混凝土强度要求的同时，尽量减少水泥用量，以减少水化热，又要提高混凝土流动性，增强混凝土的和易性。

船闸结构采用C30混凝土，配合比优化按以下原则进行设计：C30混凝土胶材用量拟使用345kg/m、325kg/m，砂率控制范围在35%～45%，拟使用的混凝土胶凝材料组成如表1所示。

表1 混凝土胶凝材料组成kg/m3

根据表1中混凝土胶凝材料组成，C30混凝土配合比见表2、表3。

表2 混凝土配合比（kg/m3）

表3 混凝土配合比（kg/m3）

通过计算得出，混凝土胶材用量为345kg/m、325kg/m时，C30混凝土出机温度和入仓温度分别见表4、表5。

表4 C30混凝土出机温度和入仓温度（胶材用量为345kg/m3时）

表5 C30混凝土出机温度和入仓温度（胶材用量为325kg/m3时）

3.3 原材料温度控制措施

本工程配置HZS180 搅拌站4套，生产线配500t级的矿粉罐1个，500t级的粉煤灰罐1个，100t级的硅粉，罐1个，500t级的水泥罐2个，满足混凝土高峰期单月12万方浇筑的要求。现场配备多个粉料罐，罐体上安装喷淋，通过喷淋湿润罐体保证水泥冷却时间，以控制水泥温度。料仓搭建隔热遮阳棚，室内安装喷雾系统，控制集料搅拌前的温度不超过31℃。

3.4 运输过程温控

选择合理运输路线，对运输道路进行修整，保证道路畅通，尽量缩短运输时间，根据现场道路布置情况，目前浇筑点与出料口距离约为1.0km。合理调配车辆和入仓设备，避免出现现场等车待料，时间过长导致混凝土温度升高，同时安排专人现场指挥车辆，确保先到的车先行卸料，减少混凝土的运输等待时间，降低运输等待过程中混凝土温升。混凝土运输车辆装料前，对罐车罐体外表包裹土工布并洒水湿润降温，如车辆排队装料时间过长，安排车辆停在阴凉地方等待装料。在气温较高太阳较为猛烈的天气，采用混凝土罐车运输时，可在混凝土卸料点的附近设置浇水点，利用水管向混凝土运输罐表面喷水降低温度。

3.5 混凝土浇筑过程温控

混凝土浇筑时对新拌混凝土进行常规施工检查，新拌混凝土应性能稳定、品质均匀，不应当出现离析、泌水和较大的坍落度损失。尽量避开中午（温度较高时间段）进行混凝土浇筑，合理安排时间利用阴天、夜间及早晚进行混凝土浇筑。混凝土浇筑时分层摊铺，每次摊铺厚度不能超过500mm，在振捣上层混凝土时，插入下层混凝土深度不低于50mm。混凝土摊铺长度以上层混凝土摊铺时下层混凝土未初凝为准，不得随意留施工缝，防止施工过程中出现冷缝。混凝土浇筑时应均匀布料，禁止使用振捣棒赶料。混凝土浇筑过程，为防止气温过高促使仓面混凝土温升过快，在已经振捣完成的混凝土表面及时进行覆盖，浇筑方式采用台阶式浇筑法。顶层混凝土浇筑完毕，初凝前进行二次振捣、二次抹面，终凝前覆盖保湿养护。混凝土浇筑时，对仓面模板、基底进行洒水湿润，同时在模板上开启喷雾，通过喷雾降低现场浇筑仓面温度。

3.6 混凝土养护及降温保温措施

万安枢纽二线船闸所处位置（赣江中上游流域）属亚热带湿润气候东亚季风区，雨量充沛，气候温和。极端最高气温为：40.9℃；极端最低气温为：-6.9℃；多年平均气温为：19.4℃。

混凝土浇筑后在干燥、炎热气候条件下：在混凝土侧面设置喷淋系统，并包裹塑料薄膜，保湿养护14天；混凝土顶面先铺一层土工布，洒水，再覆盖泡沫板保温，设置淋水设施，养护14天或至上层混凝土浇筑。

在气温下降时采取以下保温措施：推迟拆模时间，拆模后立即用土工布加以覆盖保温，对于廊道、竖井段等部位，用保温材料封堵孔口来进行混凝土保温。对于需要回填覆盖的混凝土结构，在具备回填条件时，应当尽早进行混凝土回填，减少干缩。混凝土顶面可铺上一层塑料薄膜后再覆盖一层麻袋（或土工布）等保温材料，在养护期内始终保持混凝土表面处于湿润状态。

3.7 分层施工并控制分层厚度

根据本船闸工程的结构特点，混凝土结构按设计要求分层、分块进行施工，大体积温控混凝土分层施工时，整体连续浇筑施工的分层厚度为300～500mm。在已浇筑的混凝土块上浇筑下仓混凝土时，层间间歇时间不宜超过7天。为确保新旧混凝土的接合良好，应将接茬的上仓混凝土表面的软弱层和水泥浆凿去，并除去已经松动的粗骨料。按规范要求处理好混凝土表面，用大量水冲洗干净，并充分湿润，坑能洼处不留有积水。浇注下仓混凝土时应浇一层高一级标号水泥砂浆。

3.8 温度监测

温度传感器满足如下工作参数：精度±0.5℃，灵敏度0.25℃，测量范围：-40～125℃。每批温度传感器在使用之前应进行抽样校准，选取20%抽样。停止温度检测的条件还可以通过混凝土浇筑体的降温速率确定（不宜大于2℃/d）。应将测温元件的引出线集中布置及保护。浇筑过程中，下料、振捣时不得碰击测温元件及引出线。大体积混凝土浇筑体内预埋6个温度传感器原件，外部安装1个温度传感器原件，混凝土浇筑体内混凝土构件中心最高、底面、表面、环境温度及内表温差。自浇筑时间起，温度以1小时/次频率自动采集，待混凝土内部最高温度下降至45℃(夏季)时可停止温度监测。传感器采集频率根据不同温度变化阶段设置：从浇筑开始到降温开始前2天，监测频率为1h一次；降温2天后，调整为2h一次。当中心温度降到45℃或内表温差、表面与环境温差在5℃以内时可以停止监测。每次观测完成后及时填写温度监测记录表。

3.9 温度控制标准

混凝土温度控制的原则是：控制混凝土浇筑温度，最高不超过30度；采取措施降低混凝土的降温速率；尽量降低混凝土的水化热温升、推迟最高温度发生时间；控制混凝土表面和周围环境温度之间的差值、降低混凝土表面和内部之间、新旧混凝土之间的温差。

依据现行规范、规程的相关要求，并结合船闸工程的实际情况，设置“内表温差”“浇筑温度”“降温速率”及“内部最高温度”四个主要控制标准，对本工程大体积混凝土制定的温度控制标准见表6。

表6 大体积混凝土温度控制标准主要指标

3.10 异常情况预案

（1）气温变化。在大体积混凝土施工和养护过程中，应当时刻关注天气情况，当遇到气温过高、台风或骤降，可以推迟新混凝土的浇筑，在已浇筑完成的混凝土构件侧面和顶面增加防雨布。

（2）温度异常。如果混凝土浇筑温度偏高，需及时对原材料采取一定的降温措施（如拌合水加冰等），保证混凝土浇筑温度在可控范围内。

如果混凝土内外温差偏高，增加保温层厚度，做到外保内散。

（3）养护过程中混凝土构件出现开裂。在混凝土温度处于上升阶段时，当发现混凝土构件表面出现浅层裂缝，检查保温层是否覆盖到位、混凝土构件表面是否干燥，应当及时调整表面保湿、保温措施，减少混凝土与周围环境及混凝土内表的温差。

在混凝土温度处于下降阶段时，当发现混凝土构件表面出现规则性裂缝，先采取措施，降低混凝土降温速率，检查混凝土保湿、保温情况；同时对混凝土构件温度监测数据进行评估分析，查找裂缝产生的原因，结合实际工况，制定整改措施，避免裂缝的产生。

4.结论

万安枢纽二线船闸工程大体积混凝土主要从原材料、拌制、运输、浇筑、养护等方面进行温度控制，目前船闸现浇混凝土表面光滑平顺，无明显色差、边线顺直、外观质量良好，未出现蜂窝、麻面等质量问题，迎水面竖向倾斜合格率100%、迎水面平整度合格率100%、实体回弹强度检测合格率100%、混凝土钢筋保护层检测合格率98%以上，船闸混凝土质量达到优质标准。本工程温控措施有效保障了大体积混凝土结构实体质量，并为船闸工程大体积混凝土温度控制提供参考。