混凝土防裂技术(交流材料)

-1-南水北调泵站工程建设技术成果交流南水北调淮安四站工程高温季节大体积泵送混凝土防裂措施南水北调东线江苏水源有限责任公司沈朝晖2010年6月20日一、前言淮安四站工程位于江苏省淮安市楚州区三堡乡境内里运河与灌溉总渠交汇处，和已建成的淮安一、二、三站共同组成南水北调东线一期工程的第二个梯级。工程选用四台叶轮直径为3.0m的全调节立式轴流泵机组，单机流量33.4m3/s，配套电机功率2500kW，设计规模为100m3/s，总装机容量为10000KW。泵站采用肘形流道进水、平直管出水，快速闸门断流。淮安四站工程施工采用泵送混凝土型式，主体工程于2006年2月开工，由于工期要求，泵站中的结构最复杂的进水流道等大体积混凝土结构需在高温季节浇筑，为此我们组织了科研院所及监理、施工单位，对混凝土裂缝产生机理进行分析研究，结合工程实际情况，对混凝土的具体施工浇筑-2-过程、施工分层方法、养护过程、拆模时间、施工间歇时间、层间施工间歇时间、养护方法、表面保温方法（保温材料材质、保温材料厚度、复合保温方法、保温时间、保温拆除时间）制定了具体的施工方案。二、混凝土防裂措施混凝土产生裂缝的原因有许多种，实践证明，大体积混凝土产生裂缝的主要原因为收缩裂缝。大体积混凝土浇筑后，由于水泥在水化凝结过程中，要散发大量的水化热，因而使混凝土体积膨胀，此时，混凝土产生较小压应力。待达到最高温度以后，随着热量向外部介质散发，温度将由最高温度降至一全稳定温度或冷稳定温度场，将产生一个温差。如果浇筑温度大于稳定温度（准稳定温度场），这个温差就更大。这时，混凝土因为降温，将发生体积收缩，由于受周围约束将出现拉应力，当产生的拉应力大于此时混凝土材料本身所能提供的抗拉强度时，就产生了裂缝。从以上收缩裂缝产生机理分析可以知道，减少混凝土入仓温度及内外温差显得尤为重要，因此，根据现场浇筑时具体情况，我们制定了混凝土入仓温度不大于30℃，混凝土内外温差不大于25℃控制指标。主要从以下几方面进行了控制。（一）混凝土配合比控制为满足设计单位提出的混凝土需达到抗冻融指标F50要-3-求，本次配合比设计中水泥用量较大，我们主要从砂率、添加剂等方面进行了优化。浇筑过程中，根据情况在满足砼泵送要求的前提下尽可能降低坍落度，但严格控制16cm以内；在混凝土中适当掺入粉煤灰和外加剂；采用两级配石子；在砼中掺入掺量为0.9kg/m3的抗裂纤维，以提高砼的抗裂性能。混凝土配合比表单位：kg水水泥砂子石子粉湈灰0.46411.7722.9050.106水泥：山东沂州水泥厂生产，按规范规定对进场的水泥进行取样试验，合格后方可使用；黄砂：采用骆马湖砂，细度模数为2.4—3.0；石子：石子来源主要是盱眙，碎石采用两级配，其规格分别为16～31.5mm和10～20mm，掺量各为50%，砂、石的含泥量严格控制在规定的允许范围内；外加剂：采用南京水科院生产的HLC-F2型高效缓凝减水剂；粉煤灰:采用连云港电厂粉煤灰，按规定要求，检验合格后使用；砼抗裂纤维：采用上海固芭工程材料有限公司生产的-4-GobafiberB型产品；拌和用水:地下井水。（二）控制混凝土入仓温度1、选择适当浇筑时间。注意浇筑期的气象趋势，尽量选择阴天进行浇筑，以达到控制砼浇筑温度的目的；若无法避开晴天，则选择傍晚开始浇筑；2、拌和用水采用地下水。由于地下水温度较低，约17℃，砼拌和用水采用地下水，以降低混凝土的入仓温度，当气温过高时，在拌和系统的水箱中投放冰块，经现场试验，加冰块后砼拌和用水的温度降幅约3-4℃左右；3、用地下水连续喷淋石子。在开仓浇筑前一天及浇筑过程中用地下水连续喷淋料场石子，好处有两点，一是可以降低石子的表面温度，降低砼入仓温度；二是石子内部吸入一定的水分后，可补充砼内部因水化热反应所需的水分。4、用彩条布覆盖黄砂。用黄砂表面用彩条布覆盖遮阳，以降低黄砂的表面温度；5、集料仓上方搭设凉棚。在粗细骨料集料仓上方搭设凉棚，避免阳光直射；6、砼浇筑仓面上搭设防晒网。在砼浇筑仓面用防晒网搭设凉棚，并对砼浇筑仓面周围洒水雾化，以降低砼浇筑仓面的环境温度；从现场情况温度测试情况看，在晴天中午降温效果尤其明显。-5-7、水泥罐降温。在拌和系统水泥罐四周裹一层土工布，其顶部安装喷淋水管，在浇筑前一天开始对水泥罐表面喷水降温，在浇筑过程中连续喷淋，以降低水泥罐内的水泥温度；8、覆盖混凝土输送管道。从砼输送泵出口至浇筑现场的输送管道在浇筑前用两层草包覆盖遮阳，并不停洒水降温。控温措施采用前后温度对比表控温措施温度（ºC）备注采取后采取前拌和用水采用地下水-70混凝土降温值用地下水连续喷淋石子22~2530~32石子温度用彩条布覆盖黄砂3035黄砂温度砼浇筑仓面上搭设防晒网-3~-100仓面降温值水泥罐降温40~5070~80水泥最高温度覆盖混凝土输送管道510混凝土升温值（三）加密钢筋主要对以下二个部位进行了钢筋加密：1、由于流道形状不规则，钢筋间距难以控制，部分位置钢筋间距过大，对这部分进行了钢筋加密；2、为减少混凝土体积，设计中在混凝土较厚的部位加设浆砌块石墩墙，但根据河海大学数值仿真模拟计算结果显-6-示，由于浆砌块石墩墙与混凝土为两种材料，收缩变形不一样，易产生裂缝。考虑到上述因素，在浆砌块石墩墙周围加设了一层钢筋网。（四）布置冷却水管布置冷却水管为一系列防裂措施中最重要的一个环节，由于高温季节施工，混凝土入仓温度较高，降低混凝土水化热而产生内部高温显得尤为重要。1、冷却水管材质选择。由于进水流道为流线型曲面型，且每层的曲率半径不同，若采用钢管，则钢管弯曲的难度大，弯曲工作量大，接头数量多，在仓面有限的空间内敷设焊接的难度大。确定采用外径为5cm聚乙烯高强钢丝内衬塑料管，则因其具有一定的柔韧性，在仓面敷设较方便。理论计算聚乙烯高强钢丝内衬塑料管导热系数约为薄壁钢管导热系数的0.75倍，其传热性能要差一点。但这并不一定是缺点，因为导热系数小时，冷却水管周围砼的温度梯度较小，从而会减少水管周围砼产生微裂缝的危险。3、布置方式。冷却水管均按水平布设，层距0.4m，管边距墙面0.4m（详见下图），进出水口间隔布设。各路冷却水管分别通过截止阀与外径为10cm的供水母管连接，用于调控通水时间和流量，供水水泵采用4台7.5KW潜水泵。冷却水管采用钢筋骨架支撑，钢筋骨架与墩墙钢筋焊接牢固，冷却水管用铁丝绑扎在钢管骨架上，确保安全牢固。在每层-7-砼浇筑前通入地下水，以便及时降低砼内部温度。水温在16～18℃之间，流速大于1.0m/s。连续通水4天后冷却水管间隔停水，第5天全停水。进水流道冷却水管布置示意图通过采取上述一系列综合措施，在高温季节浇筑大体积砼时，将砼入仓温度控制在25-32℃之间,混凝土内外温差控制在25℃之内。（五）施工分层浇筑采用分层分坯法，砼的初凝时间为3小时，分层厚度按30cm控制。从现场浇筑情况来看，基本满足要求。（六）混凝土养护砼浇筑结束后顶面及时用塑料薄膜覆盖，上铺草包两层；砼的侧面模板嵌填海绵，并尽可能延缓拆模时间，拆模后要及时涂刷砼养护剂进行养护。养护初期以保湿养护为主。流道两端用塑料薄膜或草帘封闭，以防穿风，减小砼内-8-外温差。养护措施要与拆模同步进行。严格控制拆模时间，在砼内部温度逐步降低并与外部最低气温相差20℃以内时拆除模板，拆模后即时涂刷养护剂。三、工程降温数据分析进水流道施工期间，沿进水流道中轴共设置了8个测温点，每隔2小时测温一次，连续观测10天。图2、表2分别所示为8个测温点的位置及所测部分温度统计表。从测温情况来看，混凝土内部温度在浇筑后24-48小时达顶峰，先期上升较快，达到顶峰后温度逐渐下降，混凝土浇筑期间最高室外气温为40°C，混凝土内部最高达57°C，混凝土内外最大温差低于25°C。参照同类泵站，在室外温度为10°C，内部未设冷却水管的情况下，混凝土内部最高温度达63°C，说明淮安四站的冷却水管还起了相当大的作用。进水流道测温点布置示意图-9-施工期砼温度试验观测记录表日期时间测点温度(摄氏度)月日A1A2A3A4A5A6A7A8气温72910:0027.826.527.828.830.530.628.329.53618:0032.131.531.740.445.142.829.030.0307302:0039.236.334.942.152.344.529.335.52714:0048.650.145.949.355.642.540.740.34022:0049.251.645.248.757.040.844.646.0317312:0048.851.444.447.554.639.845.347.13014:0046.949.842.846.752.037.543.849.03822:0045.348.241.845.250.237.642.749.230812:0044.447.341.143.649.537.542.148.82914:0042.044.839.341.047.236.940.847.03522:0040.543.338.138.245.836.239.646.027822:0039.642.338.137.544.935.638.045.22514:0037.539.736.336.542.734.037.542.835832:0035.637.734.635.341.033.335.641.025.512:0034.835.833.534.639.833.534.739.332.08812:0033.934.535.433.338.933.034.538.2328912:0033.634.134.933.435.532.934.435.83401020304050601357911131517192123252729313335373941434547495153555759616365时间（每格2小时）温度混凝土温度变化表A5A6室外温度-10-下面摘取两个具有代表的A5、A6两测点进行分析：A5测点设置在距边侧最近距离为1米处，距冷却水管约0.8米；A6测点设置在距边侧最近距离为0.2米处，距冷却水管约0.2米。由上图可见，A5、A6两个测点处的混凝土入仓温度均为30°C，A6测点前10个小时与A5升温速率基本相同，由于接近边侧，且靠近冷却水管，散热较快，温升较少，20小时达最高温度为44°C，以后开始温度下降。A5测点在混凝土内部，因混凝土导热性能较差，温升较高，约32小时达最高温度为57°C，由于在混凝土外侧采取了保温措施，可认为A6温度与混凝土表面基本接近，A5、A6温差为混凝土内外温差，此时内处温差为14°C。50小时混凝土内外过最大值为15°C。可见高温季节浇筑混凝土，混凝土模板外侧保温十分重要，若不采取任何保温措施，混凝土内部最高温度与室外温差达25°C。根据图表显示，混凝土养护初期宜采用塑料薄膜保湿养护，若采用洒水养护反而会加大混凝土内外温差，易造成混凝土表面开裂。四、结语综上所述，淮安四站工程在高温季节浇筑大体积混凝土时，着重从优化混凝土配合比设计、降低混凝土入仓温度、易裂缝部位加密钢筋、在混凝土较厚处布置冷却水管、合理的施工分层、科学养护等六个重要环节入手，尤其是高密度-11-的采用塑料水管冷却混凝土内部温度，高温季节仍然对混凝土保温养护等不同以往的措施，精心施工，措施到位，克服了气温高、水泥用量多、混凝土结构复杂等不利因素，顺利完成了泵站进水流道的浇筑，至今未发现裂缝，为大体积混凝土裂缝控制技术积累经验。