热带雨林气候条件下大体积混凝土浇筑温控.pdf

水利水电技术第4 1卷2 0 1 0年第8期 热 带雨林气候 条件下大体 积混凝土浇 李青桥 ， 刘海友 ，贺 波 ( 中国水利水 电第七_ T - 程局有限公司，四川 成都6 1 1 7 3 0 ) 筑 温 控 摘要 ：文 中着重讨论在热带雨林 高温和多雨条件下大体积混凝土浇筑的温控措施 ，这些措施为马来 西亚巴贡水电站的混凝土浇筑提供 了质量保障，同时也为今后在类似条件进行 大体积混凝土浇筑温控 提 供 一 些可 以借鉴 的 经验 。 关键词：巴贡水电站 ；热带雨林；混凝土温控 ；马来西亚 中图分类 号 ：T U 7 5 5 ( 3 3 8 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 8 0 0 5 5 0 4 Te mpe r a t u r e c o nt r o l o f l a r g e v o l ume c o nc r e t e p l a c e m e n t und e r c l i m a t i c c o nd i t i o n o f t r o p i c a l r a i n f o r e s t L I Q i n g q i a o ， L I U H a i y o u ， HE B o ( S i n o h y d r o B u r e a u 7 C o L t d C h e n g d u 6 1 1 7 3 0 ， S i c h u a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e t e mp e r a t u r e c o n t r o l me a s u r e s o n t h e l a r g e v o l u me c o n c r e t e p l a c e me n t u n d e r t h e c o n d i t i o n o f h i g h t e mp e r a t u r e a n d r a i n y we a t h e r i s e mp ha t i c a l l y di s c u s s e d h e r e i n Th e me a s u r e s c o nc e r n ed no t o n l y p r o v i d e t he qu a l i t y g u a r a n t e e o f t h e c o nc r e t e p l a c e me n t f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f Ba k un Hyd r o p o we r S t a t i on i n Ma l a y s i a，b u t a l s o c a n g i v e s o me e x pe r i e n c e s f o r t h e r e f e r e n c e s t o b e t a k e n for t he c o n s t r u c t i o n un de r t he s i mi l a r c o nd i t i o ns Ke y wor d s：Ba ku n Hy d r o po we r S t a t i o n；t r o p i c a l r a i n f o r e s t ；t e mp e r a t ur e c o n t r o l o f c o nc r e t e；Ma l a y s i a 1 引 言 巴贡水 电 站 就 是 位 于 马 来 西 亚 东 部 的 S a r a w a k ( 沙捞越 ) 州 B a l u i 河 上 ，是典 型的热带雨林 气候 条 件下 的工程 ，E t 平 均气温高 、降雨量大 ，混凝 土施 工过 程中的温控及 防雨措施 是保 证混凝土施 工质量 的重要环节。本文着重讨论在 该气候条件下厂 房大 体积混凝土浇筑采取 的温度控制措施 ，为今后 在类 似条 件进行 大体积 混凝 土浇筑 提供一些可以借鉴的 经验 。 2 工程情况 巴贡水电工程( 简称 B a k u n H E P ) 坐落在 B a l u i 河 上 ，位于马来西亚东部的 S a r a w a k ( 沙捞越 ) 州 B e l a g a 镇上游 3 7 k m处 。枢纽 由混凝土 面板堆石坝 、溢洪 道 、发 电系统构成 。该 枢纽 电站厂房为地面 明厂房 ， 位 于混 凝 土 面 板 堆 石 坝 下 游 、B a l u i 河 左 岸 ，通 过 8 条引水隧洞取水发电，总装机容量 2 4 0 0 M W。 厂房混凝土总量 2 6 1 9 0 0 I l l ，机组段施工部位 由 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e ff n g V o l 41 No 8 底部至顶部分为尾水管层 、水轮机层 、发电机层和上 部结构 ；安装间则由下部大体积结构混凝土和上部结 构 混凝 土组 成 。 S a r a w a k ( 沙捞越 ) 州 位于北 纬 0 。 5 0 5 。 ，东经 1 0 9 。 3 0 1 1 5 。 4 0 ，为典 型 的热带 雨林 气候 。S a r a w a k州多年平均降雨量为 4 1 0 0 mm，在坝区多年平 均 降雨 量 为 4 5 0 0 mm，年 降 雨 量 范 围为 3 5 0 0 6 0 0 0 mm，没有明显的旱季 。日气温一般为 2 4到 2 8 c C，年平 均气温 为 2 5； 日最高气 温达 3 5 ， 夜间偶尔低于 2 0。年平均蒸发量为 1 3 0 0 mm；相 对湿度高 ，白天达 7 0 ，夜间达 1 0 0 。最大 日照辐 射为 6 0 0 n l W c m 。全年都可能 出现雷暴天气 ，多 发 生在 5 9月 。 3 温控理论概述 众所周知 ，结构混凝土本身抗裂能力的大小 ，直 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 - 0 9 作者简介 ：李青桥 ( 1 9 7 3 一 ) ，男 ，工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李青桥， 等热带雨林气候条件下大体积混凝土浇筑温控 接决定结构混凝土的裂缝机率和需要采取 的温控措 施， 混凝土产生裂缝的基本原因是混凝土块体所具有 的抗拉强度不能承受该部分混凝土内部所产生的拉应 力 。混凝土的抗拉强度通 常较低 ，仅为抗压强度的 1 71 1 5 ，关于温度变化引起的拉应力和发生裂缝 的机理，一般可划分为 ：因温度梯度引起的应力和因 岩基约束引起的应力 。 4 施工浇筑过程 在巴贡水电站厂房结构中，最大体积混凝土为安装 间底板，厚2 5 r n ，长2 9 m，宽 3 0 13 1 ，总方量2 1 7 5 I n 。 该结构混凝土如一次浇筑 ，由于方量和结构尺寸以及 厚度太大 ，混凝土内部水化热过大 ，容易出现冷缝或 裂缝 ，故分两次 浇筑完成。第 一层 由高程 1 9 5 0 2 0 7 5 m，第二层由高程 2 0 7 5 2 2 2 5 m，每一层的 浇筑方量为 1 0 8 7 m 。 在第一层的浇筑过程 中，采用 2台混凝土泵 ，6 台混凝土罐车运输混凝土，混凝土到现场的混凝土最 高达到 3 0 ，根据前几次浇筑主要 由于温控原 因造 成混凝土表面裂缝及深层裂缝的经验教训 ，我们在浇 筑本层混凝土时将从降低入仓温度 、增加一台汽车吊 来加强人仓强度 、增加混凝土运输车辆等方面来防止 混凝土形成温度裂缝和浇筑冷缝。 本层浇筑拟采用 台阶法施工 ，浇筑层厚 5 0 c m， 宽 1 0 0 e m，混凝土初凝时间按 3 h计 ，要求每小时人 仓强度大于3 0 m h 。当时由于 MQ 9 0 0圆筒门机还没 安装好 ，故只考虑采用 3台 HB 6 0型混凝土泵输送 ， 单台设备每小时入仓能力可达 1 8 2 4 IT I h以上 ，设 备配备满足强度要求。 平仓和振捣主要选择 4 , 1 o o硬轴和 + 5 0软轴振捣 器振捣 ，振捣方式为梅花形布置，振捣时间以混凝土 不再显著下沉，不出现气泡 ，开始泛浆为准。 混凝土浇筑前对作业人员进行技术交底 ，在仓内 作醒 目分区标志。四周钢筋密集的区域加强混凝土振 捣，过流面底板采用型钢或 担 5圆钢做样架 ，控制 收仓面的高程和体型 ，并搭设防雨蓬防雨。成型的过 流面可采用蓄水养护，其他施工缝及永久面采用定时 洒水养护，确保混凝土湿润 ，一般养护 时间为 1 4 d ， 重要部位和利用后期强度的混凝土，养护时间适 当延 长 。 5 温控措施 混凝土的温度控制，需要注意以下各点：避免 在气温较高时浇筑混凝土 ；使用低热水泥 ，减少水 泥用量 ；限制浇筑块体的尺寸 ；促进散热；进 行人工冷却。 关于点 ，对于基岩面混凝土 ，必须重视所受 外部约束 的程度 ，这 是浇筑时要考 虑采取 的措施 。 关于 点 ，随着 低热 水泥 的研制 和施 工机械 的完 善 ，可通过显著 降低 水泥用量来解 决。关 于点 ， 通过以适当间距设置伸缩缝来解决。关于点，可 以通过减薄基岩接触面混凝土浇筑层 的厚度和延 长 间歇时间来解决 。关于点 ，这是当仅仅采用 一 的措施还担心混凝土发生裂缝 ，可采用人工冷却 来解决 ，人工冷却通常分为预冷 和后期冷 却 ( 水管 冷却) 。 5 1 降低混凝土水化热温升 采用发热量较低的水泥和减少单位水泥用量 ，是 降低混凝 土水 化热温升 的最有效措施。根据计算表 明，不同品种水泥单位发热量相差 4 0 J g ( 1 0 e a l g ) ， 若单位水泥用均以 2 0 0 k g m 计 ，则混凝土绝热温升 差约 3 4；而混凝土中少用 1 0 k g m 水泥 ，则可 降低混凝土绝热温升 1 2 o C。此外 ，水灰 比的大小也 对水化热的发散速度有影响，水灰比增大 ，水化热发 散速度将随之加 快。用水泥浆进行试验的结果表明， 当水灰比由0 4增至 0 8时，2 8 d龄期的水化热增加 1 52 0 。 降低水化 热温升可减小温差 ，从 而减小 温度应 力。为达到上述要求 ：优化混凝土配合比，减少水 泥用量 ；选用低热或中热水泥 ，掺用优质粉煤灰和 高效减水剂 ，降低水泥用量 ，从而减小热强比；约 束区采用薄层浇筑 ，充分利用层面散热，并适 当地控 制间歇期 ，避免出现第二次温度高峰超过第一次温度 高峰的情况；进行一期水管冷却也可削减水化热温 升 。 5 2 降低 混凝 土浇筑温 度 5 2 1 降低 出机 口温度 的措 施 ( 1 )降低骨料温度。 为了降低混凝土浇筑温度 ，往往要对混凝土原材 料采取降温措施，以降低混凝土出机口温度。降温的 措施不同，降温的效果差别较大。一般 ，粗骨料最多 可降至 3 5左右、拌和水可降至 2 ，砂子一般 不进行降温处理。 利用拌和前混凝土原材料总热量与拌和后流态混 凝土的总热量相等的原理，可求得混凝土的出机口温 度 。 故根据 出机 口温度 公 式 可知 ，各 种原材 料 中 ，对混凝 土出机 口温度 影响最大 的是 石子温度 ， 水利水电技术第4 l 卷2 0 1 0年第8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 砂及水 的温度 次之 ，水 泥的温度 影 响较小 。所 以 ， 降低混凝土出机 口温度的最有效 的办法 ，是 降低石 子的温度 ，石子温度下降 1 ，出机 口的混凝土温 度约可降低 0 6 o C。一般从 以下几个 方面来 降低石 子 的温 度 。 提高骨料堆料高度 ：当堆料高度 大于 6 1T I 时 ， 骨料温度接近月平均气温。 在骨料堆顶部用喷雾机喷冷水雾 ：风压5 k g tY c m 2 ， 水压 4 k g f c m ，水 温 25 c = ，可使 骨 料温 度 降低 23 。 防止骨料运输过程中温度升高：所有运输设施 均宜有防阳隔热设施 ( 如顶部加盖 、侧壁刷 白或保温 等) 。 预冷骨料 ：在混凝土的温控设计中 ，若要大幅 度降低混凝土的浇筑温度 ，一般采用预冷骨 料的方 法。预冷骨料 的方法很多 ，目前经常使用 的：水冷 法 、气冷法 、真空气化法和液态氮法等。 目前通过预 冷骨料 、冷却拌和水和加冰等综合措施 ，即使在高温 的季节 ，也有可能将混凝 土的出机 口温度降到 1 0 以下 。 ( 2 ) 加冰和用低温水拌和混凝土。 如果预冷原材料仍不能满足要求 ，则可用冻屑代 替一部分拌和用水 。由于冰屑在拌和过程 中融解 ，将 吸收受 3 2 0 k J k g ( 8 0 k c a l k g ) 的潜热 ，从而可进一步 降低混凝土的出机 口温度。 加冰的效果 ，由公式计算结果如表 1所列。 表 1 加冰拌和的效果 加冰率 2 5 5 0 7 5 1 0 0 降温值 2 8 5 7 8 6 1 1 4 一 般每加 l O k g冰 ，可降低混凝 出机 口温度 1 左 右 。 根据 国内外施工实践 ，目前虽有个别工程加冰率 达到 1 0 0 ，但 多数 工程 只在 7 0 8 5 以下 。此 外 ，某些工程经验 ，当冰屑为机制 冰创碎 的情况下 ， 加冰时已有部分 细冰屑 ( 2 0 ) 变成水 ，实际折算融 解潜热只有约 2 4 0 k J k g ( 6 0 k c a L k g ) 左右，即理论冷 却效果降低约 2 5 。 低温水拌和：水温降低 1 o C 可使混凝土 出机 口 温度降低 0 2左右。 加冰拌和 ：加冰后 ，混凝土拌和时间要适当延 长 ，当平均气温在 1 9 o C以上时 ，延长 1 m i n 。 5 2 2 降低 混凝 土入 仓 温度和 浇 筑温度 从混凝土温控观点看 ，适当降低人仓温度和浇筑 水利水电技术第 4 1卷2 0 1 O年第8期 李青桥 ， 等热带雨林气候条件下大体积混凝土浇筑温控 温度以降低混凝土最高温升 ，从而减小基础温差和内 外温差并延长初凝时间，对改善混凝土浇筑性能和现 场质量控制都是有利 的。 工程实践还表 明混凝 土浇筑过程 中的热量倒灌 较多 ，所 以在实际施工 中应 采取有效措 施 ：加快混 凝上运输 、加快 吊运和平仓振捣速度 、采取 防阳隔 热 、避开高温时段 浇筑 等措施都可 以减少或 防止热 量倒灌 ；否则会大大降低 预冷骨料和加冰拌 和的降 温 效果 。 ( 1 ) 防阳隔热设施。 混凝运输 车的立罐侧璧 要隔热 、顶部设 防阳 棚 ，可使混凝土在运输途中温度回升不超过 1。 混凝土仓面设防阳棚和喷雾 ，可降低仓面气温 6 1 0 o C 。 ( 2 ) 加强管理 ，加快施工速度。 各施工环节要成龙配套 ，混凝士浇筑覆盖时间 最好不超过 2 5 h 。 浇筑方案选择和施工布置设计时要尽量减少运 输距离 ，避免多次倒运 。 避开高温时段浇筑 ：白天高温时段只作浇筑前 的准备工作 ，尽量安排在下午 1 8时至次 日上午 1 0时 进行浇筑。 5 3合理 分 层分块 国内外建设经验证 明 ，将大体积混 凝土分成较 小 的块体 ，在施工 时可有 效地减少裂缝 。但分缝后 相邻浇筑块 的数量增 多 ，相邻 多个 浇筑块相互影响 ( 相当于基础刚度增大) ，又使每个 浇筑块 的温度应 力增大 ，这又是不利 的方 面 ，在分缝设 计 中要加 以 考 虑 。 除了分缝影响外 ，浇筑分层对温度应力也有很大 影响 ，并且影响施工速度 、施工质量及施工费用。各 工程采用过的分层厚度相差较大，但多数采用 1 5 3 0 m。控制浇筑层厚度 ，主要 目的是降低水化热温 升 ，以减小温度应力。薄层浇筑有利于层面散热 ，有 利于降低最高温升和内外温差 ，便于立模及铺设冷却 水管。但薄层浇筑水平施工缝增多 ，缝面处理工作量 增大。多数工程是在约束区浇薄层 ，非约束区适当增 大层厚 。 5 4人工冷却 混凝土浇筑后 ，由于水化热的影响 ，随着混凝土 的硬化而温度升高 ，另一方面 ，由于表面散热使温升 逐渐变缓 ，经过一定时间达到最高温度以后 ，又逐渐 冷却 ，最后达到稳定 的温度 。人 工冷却方法有两种 ： 一 种是预冷 ，即在混凝 土浇筑前 ，对原材料进行冷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李青桥， 等热带雨林气候条件下大体积混凝土浇筑温控 却；另一种是对浇筑后的混凝土进行冷却 ，通常采用 管 内通水冷却的方法 ，所 以又称水管冷却。采用水管 冷却的优点是 ：便于温度控制；可以直接使用天 然水时，设备费用低廉 ；在进行接缝灌浆时，能强 制降低到最终稳定温度，冷却水管基本上是不缺少的 设备。 5 5混凝 土表面 养护 实践经验表明，水工大体积混凝土 中产生 的裂 缝 ，绝大多数为表面裂缝 ，而这些裂缝 的大多数又是 在气温骤降或越冬时长期暴露于低温下产生的 ，因此 减小混凝土的暴露 面和缩短暴露 时间，就可 减少裂 缝 。 在高温季节，对混凝土表面进行养护，可防止外 界高温热向混凝土倒灌 ， 混凝土浇筑完毕后 l 21 8 h 开始采用洒水或喷雾等方式进行养护 ，但在炎热气候 条件下适当提前养护 ，养护时间不少于 2 8 d 。为防止 水份蒸发过快 ，对于混凝土平面覆盖保水材料。常见 的保护材 料有 ：玻璃棉毡 ，稻草板 ，稻草 帘，刨花 板，聚乙烯泡沫板。 影响温度的原因是多方面的 ，本文将各个方 面 的原 因作了一些阐述 和总结 ，在施工过程 中，应根 据现场实际情况 ，找 出主要的影 响因素 ，然后再作 出相关的措施，这样才能既能保证施工质量又能降 低成本。 ( 责任编辑欧阳越 ) 一 。 。 l - “ | l 1 。 I l 。 l l 。l l _ 。 r - l 。 l l I 。 。 l l l t 。 I 。 | _ 。 _ - 。 _ 。 - _ l I ( 上接 第 5 2页) 一 时间的测量数据从开始加载到 1 1 0 的设计荷载 以 后 1 0 d的观测数据将记录下来 ，其荷载可采用专用 测力计进行测量。 3 1 0二次 灌浆 当锚杆经过张拉并试验合格后或现场可用性测试 结束后 ，需要对锚杆的杆体进行长期 的防锈蚀保护。 根据需要可从二次进浆孑 L 向锚杆周围灌注水泥净浆或 专用油脂。当浆液从锚墩上的回浆管 口溢出即灌浆结 ( 上接 第 5 4页) 图 3 尾水管灌浆孔位布置 灰比为 1 ： 1 和 0 5： 1 ，灌浆最大压力采用 0 2 MP a 。 ( 2 ) 灌浆应 自低往高处进行灌浆 ，高处钻孔作为 低处灌浆孔的排气孔。先采用 1 ： 1水泥浆进行灌注 ， 待排气孔返浆时换 0 5： 1浓浆进行灌 注，在灌浆过 程中当高处孔排出的浆液与灌注的浆液浓度一致时 ， 将其孔 口封闭，继续灌注到达到技术要求为止 ，已经 排出浓浆的灌浆孔不再进行灌注。 ( 3 ) 在规定 的最 大灌浆压 力下 ，灌浆孔 停止 吸 浆，继续灌注 5 mi n ，即可闭浆结束。 束 ，并将进 回浆管封堵。 相对于传统的钢绞线锚索来说 ，M a c a l l o y锚杆系 统任何一个零件的重量都是单个人力可以负担的 ，因 此特别适用于工作场地 比较狭窄、大型机械很难进入 的如高边坡加固这样 的工程 。同时 由于是分段安装、 现场连接 ，施工时体力要求较低 、比较省时省工 ，也 不需要很大的操作平台。 ( 责任编辑林雁庆) ( 4 ) 灌浆结束待孔 内浆液沉淀完成达到初凝后 ， 清除孑 L 内杂物，拆除灌浆管。 ( 5 ) 灌浆结束 1 4 d 后进行脱空复检，对脱空面积小 于0 5 m 部位不再进行处理，对脱空面积大于 0 5 I l 1 2 部位，采用上述方法进行钻孑 L 灌浆处理，直到脱空面积 满足小于0 5 m 为止。 6 结语 通过对厂房尾水肘管进行 二期混凝土分层浇筑 施工 ，将原本设计结构相对复杂 的肘管部位的混凝 土施工进行了技术分解 ，大大降低 了施工难度 ，提 高 了整个尾水管区域混凝土浇筑质量 ；通过对尾水 钢衬的回填灌浆 ，使尾水管的整体 浇注质量得到更 进一步的保证 ，增强了厂房后期尾水管运行的安全 性和稳定性 。 ( 责任编辑林雁庆) 水利水电技术第4 1 卷2 0 1 0年第8期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m