您好, 访客   登录/注册

高性能混凝土在曹娥江大闸闸墩中应用的施工温控设计

来源:用户上传      作者: 陈冠军

  摘要:曹娥江大闸枢纽工程是中国第一河口大闸,单个闸墩宽1.99m,长24m,最高处达12m,单个闸墩混凝土方量415m3,是一个薄型带状悬臂结构,而且该闸墩混凝土浇筑是一年中最高温的季节完成,闸墩混凝土极易开裂。由于温控措施得力,曹娥江大闸高性能混凝土闸墩至今均未出现一条裂缝,有力地证明了该温控措施的有效性和科学性。
  关键词:入仓温度 骨料预冷 拌和用水冷却 掺冰屑 温度控制
  
  1、引言
  高性能混凝土是一种新型高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标,针对不同用途要求,对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。曹娥江大闸枢纽工程是中国第一河口大闸,它的特殊地位决定了对质量的特殊要求:确保钱江杯,争创鲁班奖。闸墩,是将来面对专家组和参观人员的一面镜子,它的外观质量决定了本工程质量的命运。由于本工程所有结构均是以耐久性为设计指标,不允许混凝土出现裂缝。单个闸墩宽1.99m,长24m,最高处达12m,单个闸墩混凝土方量415m3,是一个薄型带状悬臂结构,再加上闸墩混凝土浇筑是一年中最高温的季节完成,闸墩混凝土极易开裂。虽然根据河海大学计算成果,在闸墩中设计了冷却通水等防裂措施,同时在结构上采取防裂措施,但由于闸墩高性能混凝土对温度的敏感性,决定了闸墩施工时必须采用温控防裂措施才能防止高性能混凝土闸墩不出现裂缝。
  2、影响混凝土温度的要素
   为了满足混凝土入仓温度不大于28℃的要求,考虑运输过程中的温升,必须控制出机口温度不大于26℃。按此条件推算,初选骨料温度为26.5℃,水泥和矿粉温度为65℃,拌和用水温度6℃,其它材料均为30℃。
  将上述数值代入下式:
  式中:C砂、C石、C水泥、C矿粉、C石膏、C水、C外――分别为砂、碎石、水泥、矿粉、二水石膏、水、外加剂的比热容(KJ/Kg.K)。根据的材料试验成果取:砂取0.8;碎石取0.84;水泥取0.536;矿粉取0.51;二水石膏取0.536;水取4.2;外加剂取4.2。
  T砂、T石、T水泥、T矿粉、T石膏、T水、T外――分别为砂、碎石、水泥、矿粉、二水石膏、水、外加剂的入拌温度,℃。
  m砂、m石、m水泥、m矿粉、m石膏、m水、m外、m冰――分别为干砂、干碎石、水泥、矿粉、二水石膏、水、外加剂的单方混凝土用量,其中水已扣除各材料的含水量,Kg。
  ω砂水、ω石水――分别为砂中的含水量与碎石中的含水量(Kg),在对黄砂与碎石淋水后,砂的含水率为8%,石子的含水率3%。
  式中的“1700”指混凝土在拌和机中拌和时产生的热量,按照规范取1700KJ。“335×80%”是指每公斤冰融化成水时所吸收的热量为335KJ,在搅拌机拌和时热量利用系数为80%。
  经计算得:T出机口=25.75℃。故在上述原材料温度的前提下,可以满足闸墩混凝土入仓温度28℃控制的要求。
  同时也可以看出:对闸墩温控有重要影响的材料主要是水泥、矿粉、水、黄砂与碎石等。
  3、温控措施设计
  3.1 控制水泥、矿粉入罐温度65℃以内
  单方混凝土中,水泥对出机口温度的影响约占10%左右,矿粉约占15%左右,要控制出机口温度不大于26℃,必须严格控制罐内水泥、矿粉的温度不大于65℃,且根据《水利水电工程施工组织设计规范》,“在高温季节施工混凝土,首先控制水泥和矿粉的温度在40~50℃是最经济的,其次是制冷骨料,降低骨料温度,若制冷骨料后仍不能达到要求,则制冷拌和用水或加冰屑。因此再我标段在罐体与螺旋输送泵表面铺设环形冷水管喷冷却水降温,力求将罐内水泥、矿粉的温度尽可能地降低。
  3.2 骨料预冷
  要控制出机口温度不大于25℃,要求砂石骨料的温度不大于20℃。
  3.2.1 遮阳
  在骨料场顶部搭设了遮阳布。但由于本工程所在区域的高温季节气候条件比较复杂,在侧面拉设遮阳布存在一定安全隐患,因此,需将骨料堆的前后两侧挖除,只保留中间骨料堆。遮阳构造:在骨料分隔墩上每隔6m设置一个8m高的钢构架(用4根L100*100角钢作立柱和L75*75角钢连接杆件),在钢构件顶装上滑轮,通过钢丝绳拉设遮阳布固定。
  3.2.2 堆高骨料
  将骨料的堆高6m以上,底部骨料温度可以降低5℃左右。
  3.2.3 对骨料喷冷水并吹风降温
  骨料堆高并遮阳后,并不能使砂石骨料降到20℃,必须继续采取其它措施。
  在闸墩开浇前三天以冷却水对骨料进行喷雾冷却(通水流量为10m3/h),并在后侧每间隔6m布置一个30KW轴流风机,以便利用雾化水降低环境温度,同时利用冷却水的蒸发原理降低骨料温度。
  冷却水的制作方法:在骨料堆旁的地面下构建2 个10m3的冷却水池,在水池中投入冰块,将水温降至20℃以下,利用水泵抽水到喷淋管喷淋骨料。
  3.2.4保温被覆盖保温
  冷却水喷雾二天后,停止喷雾和风冷,在第三天的早上最温时段用保温被对骨料进行覆盖保温。以便第三天低温时段可以开仓浇筑闸墩混凝土。浇筑时,只掀开铲车需铲料部位的保温被,铲好后立即进行覆盖,并且铲车在铲运骨料时从底部开始铲运。黄砂保温用的2cm厚保温被约需1200m2,碎石保温用的2cm厚保温被约需2500m2。
  3.2.5 骨料运输中的保温
  据理论计算,骨料在进入拌和机前的运输途中,温度要升高0.4℃--0.8℃,因此需在进料斗上搭设凉棚,并且将上料皮带机进行遮阳处理。
  通过以上措施,经实测骨料的入拌温度基本控制在26℃左右。
  3.3拌和用水冷却
  温控计算表明,要控制出机口温度小于25℃,拌和用水水温必须在6℃左右。在高温季节,采用常规保温降温措施不能满足要求。必须采用超常规的拌和水强制制冷法,即用150万大卡以上的冷水机对拌和用水进行强制冷却,保证出水温度在6℃以下。
  3.4其它掺合料
  二水石膏和外加剂因用量较小,对出机口温度的影响不大,只需放在室内,保证温度不超过30℃即可。
   3.5掺冰屑
  在当前条件下,拌和用水由冷水机生产,水泥、矿粉和骨料在采取上述措施后,基本上可以控制由于骨料受外界气温等影响较大,若由于外界气温过高(31℃以上)或其它原因导致骨料温度过高,使混凝土入仓温度不能满足要求时,则加冰屑拌和。理论计算表明,每掺10Kg冰屑,可以降低入仓温度1℃左右或将骨料控制温度提高1℃左右。
  冰屑的制作:用设在在拌和系统上料皮带机进口处的一台刨冰机制作。
  3.6混凝土运输过程中的温度控制
  3.6.1 混凝土罐车的保温与降温
  在混凝土罐车表面粘贴保温棉,并在保温棉表面再贴一层锡铂纸,以减小太阳对罐车本身的聚热效应。
  在拌和楼贮料斗附近装一排冷却水管的喷淋管,在混凝土入罐时,开启喷淋头,对混凝土罐车搅拌筒筒体进行喷水,降低筒体表面温度(即混凝土罐车在运输途中的环境温度)。
  只有当另外一辆混凝土罐车卸料完毕开始返回时,等候在拌和楼前的混凝土罐车才开始装料,6m3的混凝土罐车每次只装2~4m3,这样可以减少混凝土罐车在太阳直射下的运输等候时间。
  3.6.2 对混凝土卧罐进行降温
  及时用水冲洗混凝土料罐外表面,既可减少混凝土料罐的吸热面积,同时可以直接降低混凝土料罐的外表温度(即混凝土料罐在吊运过程中的环境温度),达到减少混凝土的温度损失的目的。

  3.6.3 对仓面脚手架上的贮料斗进行保温,并及时遮阳
  在贮料斗表面先贴一层保温棉,再在保温棉表面上贴一层锡铂纸,以减小太阳对罐车本身的聚热效应。并定时对贮料斗喷冷却水。
  混凝土入贮料斗后,由于不能立即卸完,因此在料罐卸料完毕到下一次料罐卸料前的一段时间内(约15分钟),在贮料斗顶部盖上遮阳布,以降低太阳直射产生的混凝土温升。
  3.6.4 缩短仓面顶的混凝土运输时间
  增加仓面顶的双胶轮车运输数量,减少混凝土在贮料斗中的贮存时间,以减小混凝土在运输途中的温度损失。
  3.6.5 在仓面顶拉设遮阳布,降低仓面上的环境气温,同时降低下料斗与串筒的表面温度,不仅可以改善仓面环境,还可以减少温度损失。
  3.7 混凝土的浇筑温度控制措施
  3.7.1 减小分层厚度,加强仓内通风
  混凝土的散热系数与混凝土的表面面积成正比,与层厚成反比。在混凝土强度一定的情况下,减薄混凝土的分层厚度,加大表面面积,散热系数能显著增大。但是混凝土太薄,对混凝土振捣不利。经综合分析,闸墩混凝土分层厚度取30cm。
  混凝土分层减薄后,混凝土仓内温度升高,将加大了混凝土的浇筑温度,因此必须用冷风对仓面降温。轴流风机在每片闸墩上布置2台以上,风管水平布置。这样即可保证仓内施工人员的工作环境,同时还可以排出仓内高温混蚀的气体,降低仓面温度。
  3.7.2 对模板外表面进行遮阳喷水,并在模板上开窗通风,降低仓内温度。
  仓内环境热量除混凝土散热产生的热量外,还有模板本身吸热产生的热量,且这一热量是产生仓内高温的主要原因。在模板顶部与侧面进行遮阳处理,避免阳光直晒模板,同时在混凝土浇前半天开始对模板表面喷淋深井抽取的低温水,浇筑开始后,每隔1h喷水一次。
  由于闸墩比较高,仓内比较狭小,用轴流风机送风效果不甚明显。在闸门槽二期混凝土部位沿高度方向每隔3m在侧缝处模板上开孔一个10cm直径的孔,模板内温度可以了明显降低。
  3.7.3 在浇筑前6小时对仓内预埋的水管先通18℃左右的低温水,可以降低仓内温度。
  3.7.4浇筑过程中也需不间断地通18℃左右的低温水,通水流量为5m3/h。
  3.7.5 开浇时间:尽量选择在低温时段开浇。
  3.8 成型后的混凝土保温、养护措施
  采取了上述温控措施,并不能保证成型后的混凝土不出现裂缝。除了采取必要的结构防裂技术外,还须对混凝土进行保温与养护。
  3.8.1 对模板进行保温
  按设计要求对模板进行保温:对高程-0.5m~6.0m范围的模板进行保温,即在钢模板背面加劲肋板之间表面粘贴厚0.8cm~1.0cm的塑料泡沫板。
  3.8.2 加强养护,尤其是前3天的养护,确保前三天混凝土表面不断水,21天内混凝土不缺水,避免混凝土干缩裂缝的产生。
  3.8.3 加强温控观测,及时调整冷却通水参数
  闸墩温度计埋设图
  不间断冷却通水14天,通水流量在5m3/h。通水方向:前4天每6h变换一次方向,第5天至第8天,每隔12h变换一次,以后每天变换一次。但是遇以下情况之一,必须加大通水流量或加快变向频率。
  a、D4与D7测点处混凝土2天龄期时的温升幅度超过30℃;
  b、D7与D9和D4与D5测点之间在早期2天内存在内外温差超过13℃;
  c、冷却水管进出口水温温差超过5℃。
  地下水水温如果高于18℃,要增大通水流量或改用井点管抽取的地下水。
  3.8.4 拆模
  由于高温季节混凝土强度增长较快,7天龄期时,高性能砼混凝土强度达设计强度的100%,混凝土自身的抗拉强度俱备抵抗在常温下的温度应力产生的裂缝,因此拆模时间定为第8天。
  3.8.5 混凝土的日常保温养护措施
  混凝土浇筑完成后,立即在混凝土表面覆盖一层土工布,土工布表面再覆盖一层彩条布,终凝后再利用闸墩顶的喷淋管洒水养护。
  拆模后,用土工布包绕,并用铁丝穿过拉条孔进行对拉固定。同时进行洒水,确保混凝土表面始终处于湿润状态,避免产生混凝土干缩裂缝。
  4 结束语
  曹娥江大闸高性能混凝土闸墩虽是在高温、大风季节施工,但通过有效的温控,合理的结构防裂措施,闸墩均未出现一条裂缝,证明了闸墩温控防裂的正确的和科学性,为今后水工高性能混凝土施工提供可以难得的温控设计经验。
  
  
  [参考文献]
  [1]赵铁军 李秋义:高强及高性能混凝土及其应用.北京:中国建筑工业出版社,2004
  [2]水工混凝土施工规范(DL/T5144-2001).北京。中国电力出版社,2002
  [3]江正荣等:建筑施工简易计算.北京。机械工业出版社,2006.1
   [作者简介]
  陈冠军,男,1975年11月生.工程师. 上虞市西大堤一号闸管理所工作.自参加工作以来长期在基层一线及野外工作,这里致力于工程建设管理和工程管理,先后主持并参与重点项目与工程多项.


转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-422481.htm