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摘要:高温季节大体积混凝土温度控制的有效措施
关键词:裂缝;防渗性能;坍落度;水化热
重力坝混凝土施工技术的关键是解决混凝土防裂问题,最大限度的减少混凝土中的裂缝,增强混凝土的防渗性能,从而提高混凝土整体耐久性。
长期以来的工程实践经验表明,重力坝混凝土结构裂缝产生的主要原因是温度应力造成的。因此,为了确保大体积混凝土施工质量,针对大体积混凝土温度控制需要做一下有效的措施。
1、混凝土配合比设计
科学合理的进行混凝土配合比设计研究,对控制混凝土水化热非常关键,是常态混凝土温度控制的重要环节。首先要对重力坝常态混凝土配合比设计试验研究,做大量细致的试验工作,通过多组对比试验,寻求降低水化热和减小自生体积变形的途径,提高混凝土抗裂能力。
2、控制混凝土水化热
选用发热量较低的水泥和较小单位水泥用量,是降低混凝土水化热的最有效措施。减少水泥用量和单位水泥用量,采取以下几个方面的主要措施:
(1)骨料级配设计:尽量选择较大骨料粒径,改善骨料级配。粗骨料最大粒径为80mm。经过试验可知,三级配最佳级配比例为D20:D40:D80=30:30:40时,混凝土密度最大、孔隙率最小。因此,重力坝大体积混凝土选择三级配骨料进行配合比设计试验。
(2)混凝土坍落度:通过试验,三级配混凝土水胶比确定为0.5时,砂率选择32%、单位用水量115kg时,FDN高效减水剂掺量为0.70%、AE引气剂掺量为1.55/万时,混凝土拌和物的和易性最好,这时混凝土拌和物的坍落度检测出来为70~75mm,属于低流态混凝土。标准养护至设计龄期时,混凝土强度等级、抗冻指标和抗渗指标能够满足设计要求。
(3)加掺合料:水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥,掺合料选取Ⅰ级粉煤灰和S75矿渣粉,选用不同的摻合比例进行混凝土配合比试验。通过大量对比,选用水化热相对较低的掺合比例,作为重力坝推荐配合比。
(4)添加外加剂:通过混凝土性能试验,选用FDN型高校减水剂和AE型外加剂进行了试验,结果显示外加剂与水泥的适应性较好,在满足混凝土和易性和有关设计指标的情况下,达到了适当减少水泥用量和单位用水量的目的。
3、混凝土绝热温升
在混凝土配合比试验中,针对粉煤灰、矿渣微粉在不同掺合比例时28天内混凝土绝热温升试验结果显示:从混凝土拌合完成后的0℃升高至25℃,基本都是在7天内完成的,升高速率较大。7天后,混凝土绝热温升趋于稳定,直至28天,此值均在25℃左右。因此,混凝土浇筑后必须采取埋设冷却水管、进行初期通水措施,有效控制混凝土内部温度升高,降低内部与外部的温度差,从而有效控制因内外温度差造成的温度裂缝。
4、多措并举确保混凝土入仓温度
温度控制是重力坝大体积混凝土施工的重中之重。混凝土浇筑温度的设计要求为:大坝混凝土浇筑温度要求控制在14-16℃,最高不超过18℃。而本地区昼夜温差较大,在混凝土温度控制措施上,除了严格执行设计提出的各项温控要求外,并在施工中采取了以下具体温控措施:
(1)混凝土拌和温度控制
1)骨料降温:在砂石骨料生产过程中使用河冰对粗骨料进行第一次降温,并及时将生产的骨料转运至堆存料仓。堆存料仓为彩钢板搭设的防雨遮阳棚,避免阳光直射,可有效减少骨料温度回升。同时在堆存料仓粗骨料顶部安设7道喷淋管,28个消防喷头,水源采用冷却系统生产的2℃冷水,使用高压水泵对粗骨料进行第二次喷淋降温。通过以上降温措施,可将粗骨料温度降低3 ℃ ~ 5℃。
2)混合料温度控制:在混凝土拌和站的配料仓和上料皮带顶部安装遮阳防雨棚,避免阳光直射,减少温度回升。
3)混凝土拌和水降温:利用井水并通过制冷系统冷却,使混凝土拌制用水降低至2℃左右,进一步降低混凝土出机口温度。
4)混凝土拌和加冰降温
高温季节,除了采用加大喷淋量、设置遮阳棚、冷却水拌和等措施来降低混凝土温度外,还通过加冰拌和措施进一步降低混凝土出机口温度,以确保混凝土入仓温度满足设计要求。加冰拌制混凝土的具体时间由实测气温及混凝土入仓温度确定,每天约14个小时左右。
根据混凝土配合比,混凝土用水量为110kg/m3,从2017年加冰拌和的降温效果来看,在加冰量为用水量40%(加冰110*40%=44kg/m?)的情况下,可有效降低3.5~4℃。
(2)混凝土运输温度控制
自卸车在拌合站装料前,采用冷却水冲洗车厢,进行一次降温;并在自卸车上加设自动遮阳棚,装料后及时遮盖;入仓受料传输设备也加设遮阳棚,防止太阳直射,尽可能减少温度回升。
(3)混凝土浇筑过程温度控制
1)选择合理的浇筑时段
高温季节混凝土温控是施工的难点也是重点,尤其是每年7、8月份,对仓位安排提出了更高的要求。基本的原则是避开中午高温时段,在早晚或阴天施工。安排仓位时,随时了解天气预报,掌握天气的变化趋势。施工时避开上午11:00至下午16:00时段,中班在16:00之后开仓,早班10:00前争取收仓。
2)高温季节其他温控措施
a.缩短混凝土运输及等待卸料时间,入仓后及时平仓振捣,加快覆盖速度,缩短混凝土的暴露时间。
b.当浇筑块尺寸较大时,采用台阶法,台阶宽度大于2m,分层厚度不大于50cm。
c.为了最大限度的减少混凝土浇筑过程中的温度回升,在浇筑仓面采用2台喷雾机进行喷雾降温,形成一个气温相对较低的小气候。
d.混凝土平仓振捣后,及时覆盖养护。
(4)混凝土内部温度控制措施
1)严格按照设计图纸进行分区、分层,并合理安排仓位做到短间歇均匀上升。
2)采用冷却水管进行坝体内部降温,通水冷却分为初期和中、后期这两期。初期冷却通水时间,可取10d~20d混凝土温度与水温之差,不超过25℃,管中水的流速为0.6~0.7m/s。水流方向应每24h调换1次,日降温不应超过1℃。
3)初期冷却用水一般采用6~8℃制冷水,冷却持续时间10~15d。
4)中期通水冷却一般采用河水冷却,后期通水冷却,水温可根据坝体接缝灌浆时间及坝体接缝灌浆温度等确定。中后期通水冷却时间为1~2个月,流量以18~25L/min左右。通水水温与混凝土温度内部温度之差,不超过20℃,日降温超过0.5℃。
5)冷却水管采用内径2.54cm耐高压聚乙烯PVC管,其特点是材料轻巧,铺设方便,施工费用较低,导热性能满足热量交换要求。
6)冷却水管按照层间距2.0~3.0m布置,进水口、出水口均设在大坝下游侧或坝体廊道内。基础垫层混凝土厚度仅为1.0m,散热条件好;混凝土浇筑块层高2.0m~3.0m时,仓内布置1层冷却水管,布置在层厚的中间位置,有利于将混凝土内部水化热通过冷却水带出。即在浇筑1.0~1.5m时,铺设冷却水管,仓内S型布置,水平间距1.5m左右,
5、混凝土养护
大体积混凝土的裂缝,主要由温度应力和干缩应力产生,绝大多数都是表面裂缝。因此,混凝土表面养护、保温、保护非常重要。尤其是浇筑后7天内,在上一层混凝土没有及时覆盖的情况下,一定要在混凝土表面加盖线毯等进行覆盖,每天采用低温河水洒水养护,保持混凝土表面始终湿润。混凝土洒水养护在混凝土浇筑完毕后6~18h内开始进行,其养护时间不应少于28d,有特殊要求的部位适当延长养护时间。
总结:
通过我们两年来的施工验证及数据分析,本套方案达到了预期的效果,保证了大体积混凝土的施工质量,大大的减少了混凝土裂缝的产生,增强混凝土的防渗性能,提高混凝土整体耐久性。
(作者单位:中国水电十五局第二工程公司)
关键词:裂缝;防渗性能;坍落度;水化热
重力坝混凝土施工技术的关键是解决混凝土防裂问题,最大限度的减少混凝土中的裂缝,增强混凝土的防渗性能,从而提高混凝土整体耐久性。
长期以来的工程实践经验表明,重力坝混凝土结构裂缝产生的主要原因是温度应力造成的。因此,为了确保大体积混凝土施工质量,针对大体积混凝土温度控制需要做一下有效的措施。
1、混凝土配合比设计
科学合理的进行混凝土配合比设计研究,对控制混凝土水化热非常关键,是常态混凝土温度控制的重要环节。首先要对重力坝常态混凝土配合比设计试验研究,做大量细致的试验工作,通过多组对比试验,寻求降低水化热和减小自生体积变形的途径,提高混凝土抗裂能力。
2、控制混凝土水化热
选用发热量较低的水泥和较小单位水泥用量,是降低混凝土水化热的最有效措施。减少水泥用量和单位水泥用量,采取以下几个方面的主要措施:
(1)骨料级配设计:尽量选择较大骨料粒径,改善骨料级配。粗骨料最大粒径为80mm。经过试验可知,三级配最佳级配比例为D20:D40:D80=30:30:40时,混凝土密度最大、孔隙率最小。因此,重力坝大体积混凝土选择三级配骨料进行配合比设计试验。
(2)混凝土坍落度:通过试验,三级配混凝土水胶比确定为0.5时,砂率选择32%、单位用水量115kg时,FDN高效减水剂掺量为0.70%、AE引气剂掺量为1.55/万时,混凝土拌和物的和易性最好,这时混凝土拌和物的坍落度检测出来为70~75mm,属于低流态混凝土。标准养护至设计龄期时,混凝土强度等级、抗冻指标和抗渗指标能够满足设计要求。
(3)加掺合料:水泥选用P.O42.5普通硅酸盐水泥,掺合料选取Ⅰ级粉煤灰和S75矿渣粉,选用不同的摻合比例进行混凝土配合比试验。通过大量对比,选用水化热相对较低的掺合比例,作为重力坝推荐配合比。
(4)添加外加剂:通过混凝土性能试验,选用FDN型高校减水剂和AE型外加剂进行了试验,结果显示外加剂与水泥的适应性较好,在满足混凝土和易性和有关设计指标的情况下,达到了适当减少水泥用量和单位用水量的目的。
3、混凝土绝热温升
在混凝土配合比试验中,针对粉煤灰、矿渣微粉在不同掺合比例时28天内混凝土绝热温升试验结果显示:从混凝土拌合完成后的0℃升高至25℃,基本都是在7天内完成的,升高速率较大。7天后,混凝土绝热温升趋于稳定,直至28天,此值均在25℃左右。因此,混凝土浇筑后必须采取埋设冷却水管、进行初期通水措施,有效控制混凝土内部温度升高,降低内部与外部的温度差,从而有效控制因内外温度差造成的温度裂缝。
4、多措并举确保混凝土入仓温度
温度控制是重力坝大体积混凝土施工的重中之重。混凝土浇筑温度的设计要求为:大坝混凝土浇筑温度要求控制在14-16℃,最高不超过18℃。而本地区昼夜温差较大,在混凝土温度控制措施上,除了严格执行设计提出的各项温控要求外,并在施工中采取了以下具体温控措施:
(1)混凝土拌和温度控制
1)骨料降温:在砂石骨料生产过程中使用河冰对粗骨料进行第一次降温,并及时将生产的骨料转运至堆存料仓。堆存料仓为彩钢板搭设的防雨遮阳棚,避免阳光直射,可有效减少骨料温度回升。同时在堆存料仓粗骨料顶部安设7道喷淋管,28个消防喷头,水源采用冷却系统生产的2℃冷水,使用高压水泵对粗骨料进行第二次喷淋降温。通过以上降温措施,可将粗骨料温度降低3 ℃ ~ 5℃。
2)混合料温度控制:在混凝土拌和站的配料仓和上料皮带顶部安装遮阳防雨棚,避免阳光直射,减少温度回升。
3)混凝土拌和水降温:利用井水并通过制冷系统冷却,使混凝土拌制用水降低至2℃左右,进一步降低混凝土出机口温度。
4)混凝土拌和加冰降温
高温季节,除了采用加大喷淋量、设置遮阳棚、冷却水拌和等措施来降低混凝土温度外,还通过加冰拌和措施进一步降低混凝土出机口温度,以确保混凝土入仓温度满足设计要求。加冰拌制混凝土的具体时间由实测气温及混凝土入仓温度确定,每天约14个小时左右。
根据混凝土配合比,混凝土用水量为110kg/m3,从2017年加冰拌和的降温效果来看,在加冰量为用水量40%(加冰110*40%=44kg/m?)的情况下,可有效降低3.5~4℃。
(2)混凝土运输温度控制
自卸车在拌合站装料前,采用冷却水冲洗车厢,进行一次降温;并在自卸车上加设自动遮阳棚,装料后及时遮盖;入仓受料传输设备也加设遮阳棚,防止太阳直射,尽可能减少温度回升。
(3)混凝土浇筑过程温度控制
1)选择合理的浇筑时段
高温季节混凝土温控是施工的难点也是重点,尤其是每年7、8月份,对仓位安排提出了更高的要求。基本的原则是避开中午高温时段,在早晚或阴天施工。安排仓位时,随时了解天气预报,掌握天气的变化趋势。施工时避开上午11:00至下午16:00时段,中班在16:00之后开仓,早班10:00前争取收仓。
2)高温季节其他温控措施
a.缩短混凝土运输及等待卸料时间,入仓后及时平仓振捣,加快覆盖速度,缩短混凝土的暴露时间。
b.当浇筑块尺寸较大时,采用台阶法,台阶宽度大于2m,分层厚度不大于50cm。
c.为了最大限度的减少混凝土浇筑过程中的温度回升,在浇筑仓面采用2台喷雾机进行喷雾降温,形成一个气温相对较低的小气候。
d.混凝土平仓振捣后,及时覆盖养护。
(4)混凝土内部温度控制措施
1)严格按照设计图纸进行分区、分层,并合理安排仓位做到短间歇均匀上升。
2)采用冷却水管进行坝体内部降温,通水冷却分为初期和中、后期这两期。初期冷却通水时间,可取10d~20d混凝土温度与水温之差,不超过25℃,管中水的流速为0.6~0.7m/s。水流方向应每24h调换1次,日降温不应超过1℃。
3)初期冷却用水一般采用6~8℃制冷水,冷却持续时间10~15d。
4)中期通水冷却一般采用河水冷却,后期通水冷却,水温可根据坝体接缝灌浆时间及坝体接缝灌浆温度等确定。中后期通水冷却时间为1~2个月,流量以18~25L/min左右。通水水温与混凝土温度内部温度之差,不超过20℃,日降温超过0.5℃。
5)冷却水管采用内径2.54cm耐高压聚乙烯PVC管,其特点是材料轻巧,铺设方便,施工费用较低,导热性能满足热量交换要求。
6)冷却水管按照层间距2.0~3.0m布置,进水口、出水口均设在大坝下游侧或坝体廊道内。基础垫层混凝土厚度仅为1.0m,散热条件好;混凝土浇筑块层高2.0m~3.0m时,仓内布置1层冷却水管,布置在层厚的中间位置,有利于将混凝土内部水化热通过冷却水带出。即在浇筑1.0~1.5m时,铺设冷却水管,仓内S型布置,水平间距1.5m左右,
5、混凝土养护
大体积混凝土的裂缝,主要由温度应力和干缩应力产生,绝大多数都是表面裂缝。因此,混凝土表面养护、保温、保护非常重要。尤其是浇筑后7天内,在上一层混凝土没有及时覆盖的情况下,一定要在混凝土表面加盖线毯等进行覆盖,每天采用低温河水洒水养护,保持混凝土表面始终湿润。混凝土洒水养护在混凝土浇筑完毕后6~18h内开始进行,其养护时间不应少于28d,有特殊要求的部位适当延长养护时间。
总结:
通过我们两年来的施工验证及数据分析,本套方案达到了预期的效果,保证了大体积混凝土的施工质量,大大的减少了混凝土裂缝的产生,增强混凝土的防渗性能,提高混凝土整体耐久性。
(作者单位:中国水电十五局第二工程公司)