小湾水电站泄洪洞工程抗冲耐磨混凝土温控实践

时间:2022-06-03 08:01:52

小湾水电站泄洪洞工程抗冲耐磨混凝土温控实践

摘要:大型水电站的泄洪洞承受高速水流冲磨部位多采用抗冲耐磨混凝土,其具有早期强度低 、容易产生裂缝等特点,而温度控制是防止混凝土产生裂纹的关键因素,本文介绍了小湾水电站泄洪洞工程一套较为成熟、较为完善的施工工艺方法,检测资料表明取得了满意的效果,为其他类似工程混凝土温度控制提供了参考。

关键词:抗冲耐磨混凝土;温度控制;小湾泄洪洞工程

1 工程概况

小湾水电站泄洪洞是本工程三套泄洪设施之一,洞身为有压变无压“龙抬头”布置,由进水口、有压段、工作闸门室、龙抬头段、直槽斜坡段及出口挑流鼻坎组成。泄洪洞设计工况和校核工况下泄流量分别为3535m3/s和3811m3/s,约占枢纽总泄量的19.4%和18.4%,最大泄洪水头约212m,最大流速达45m/s,泄洪洞工程具有泄量大、水头高、高流速等特点。

小湾水电站泄洪洞无压段及出口挑流鼻坎段过流断面均设计为C9060W908F90100高强度抗冲耐磨混凝土,由于其胶凝材料用量高及掺入硅粉等掺合料,容易出现温度裂缝。为降低水化温升,减小混凝土内外温差,尽可能减少混凝土早期干缩裂缝和温度裂缝的产生,施工过程中采取综合温控防裂措施。

2温控防裂措施

2.1 合理的配合比设计

在保证必要的强度富裕基础上,尽量减少胶凝材料用量。目的不单纯是降低早期水化温升,防止温度裂缝;更主要的是增加拌和物骨料含量,提高混凝土抗裂能力。

2.2选择合理的入仓方式

对于C9060W908F90100抗冲耐磨混凝土尽可能采用反铲入仓方式,一是适宜采用大级配、低坍落度混凝土;二是反铲入仓后混凝土拌和物直接到达指定位置,且拌和物较为均匀,避免混凝土入仓后长距离流动造成砂浆和骨料分离,提高了混凝土均匀性。

2.3降低混凝土入仓温度和浇筑温度等综合温控措施

采取综合温控措施,降低混凝土入仓温度和浇筑温度,控制混凝土从出机口至仓面覆盖上层混凝土之间温度回升系数在0.28以内,高温季节尽量利用夜间浇筑混凝土。为减少预冷混凝土温度回升,严格控制混凝土运输时间和仓面浇筑坯覆盖前的暴露时间,混凝土运输机具设置保温措施,并尽量减少运输次数,使高温季节预冷混凝土自出机口至仓面浇筑坯被覆盖前的温度满足浇筑温度要求。

降低混凝土浇筑温度主要从降低混凝土出机口温度和减少运输途中及仓面的温度回升两方面的考虑。施工中严格按照招标文件、《泄洪洞抗冲磨混凝土施工技术要求》(第A版)及配合比要求拌和楼按预冷混凝土温度拌制混凝土。

泄洪洞混凝土为右岸拌和系统统供的商品混凝土,在右岸拌和系统设置检测人员,检测混凝土出机口温度计其它特性满足设计要求,严禁不合格混凝土入仓。同时,对于大级配混凝土,须特别注意检测出机口混凝土大骨料的实际温度,避免大骨料没冷透而出现实际出机口温度高于检测温度的现象。

混凝土从出机到入仓有一个运输、倒运过程,在这一过程中预冷混凝土与外界环境有热交换现象发生,导致预冷混凝土温度回升。在施工中通过试验建立不同工况下混凝土出机温度与现场浇筑温度之间的关系,从而可根据混凝土运输、倒运过程,日照、气温等不同运行工况采取相应的控制措施,保证混凝土入仓运输畅通。

对于混凝土的浇筑温度,影响最大的因素是混凝土倒运次数,所以要特别注意尽量减少不必要的倒运。同时在高温时段浇筑混凝土时,混凝土运输工具在太阳的直接照射下,温度会有显著的升高,须加强混凝土运输车、储料斗以及溜槽(筒)的保温工作,在混凝土运输车罐外用保温被包裹,运输混凝土自卸车搭设帆布棚防止阳光直射,储料斗与混凝土接触的暴晒部位采用脚手架钢管搭设遮阳棚,上面铺设彩条布防晒,同时在高温时段每隔一段时间用水冲洗车体或斗身,减少混凝土运输工具对预冷混凝土的影响。

尽量缩短混凝土在运输工具内的停留时间,是减少预冷混凝土冷量损失的另一重要措施。因此在高温时段浇筑混凝土时,须做到混凝土快速运输、快速入仓,以减少外部环境温度对预冷混凝土的影响。具体措施如下:

(1)在高温季节混凝土入仓后及时平仓,及时振捣,缩短混凝土坯间暴露时间。

根据浇筑仓面面积太小和温控要求采用适宜的混凝土铺筑方案,高温季节或高温时段仓面面积较大时,尽量缩短混凝土坯间暴露时间,并辅以必要的仓面隔热保冷措施,降低仓面内混凝土回升,控制浇筑温度。

(2)合理安排开仓时间,高温季节浇筑时,将混凝土浇筑尽量安排在早晚和夜间施工,以避开白天高温时段浇筑混凝土。

(3)混凝土面覆盖隔热被:高温季节浇筑混凝土过程中,加强表面保湿保温措施,混凝土浇筑过程中,随浇随覆盖保温被,振捣完成后及时覆盖隔热保温被。高温季节拟采用彩条布夹1.5cm厚高发泡聚乙烯卷材制成的保温被覆盖保冷。

(4)温控措施:在高温条件下,混凝土运输工具设置遮盖或保温设施。严格控制混凝土在运输车上的滞留时间,减少混凝土运输过程中温度回升。混凝土浇筑温度、运输温度严格按照相关规范执行。

(5)为统计挑流鼻坎部位混凝土内温升资料,在混凝土内部预埋温度计进行温度监测,以便掌握混凝土内部温度变化的一般规律。

2.4混凝土浇筑分层及层间间歇期控制

混凝土浇筑层厚度根据温控、结构和立模等条件选定。为充分利用层间散热,在温控要求严或夏季施工较严部位时采用较薄的浇筑层厚。衬砌厚度在3m左右,施工时基本一次浇筑成形。在混凝土施工过程中,为确保其表面抗冲耐磨混凝土的厚度及质量,出口底板混凝土浇筑层厚不大于2.0m,其它部位混凝土浇筑层厚不大于3.0m。施工过程中严禁将普通混凝土浇筑至抗冲耐磨混凝土层中。

混凝土层间间歇期控制:层间间歇期从散热、防裂及施工作业各方面及设计通知单《泄洪洞出口混凝土温控技术要求》综合考虑,控制混凝土层间间歇期,层间间歇期不能过短也不能过长,层间间歇期为7~10d。

2.5 加强混凝土温度测量

混凝土温度测量包括混凝土原材料温度、混凝土出机口温度、混凝土浇筑温度、混凝土内部最高温度等。在混凝土施工过程中,每4h测量一次混凝土原材料的温度、机口混凝土温度以及气温。《泄洪洞抗冲磨混凝土施工技术要求》(第A版)要求混凝土浇筑温度测量,每浇筑坯层、每100m2仓面面积应不少于1个测点,每个浇筑坯层应不少于3个测点。每次测量都要做好记录,分析记录数据,及时反馈温控成果,以便调整温控措施,既确保混凝土内部温度不超过设计容许范围,又可根据实际适当减少不必要的温控措施,以降低混凝土施工成本。

2.6 混凝土表面养护及保护

(1)无压段混凝土养护

无压段混凝土由于处在地下洞室内,环境温度和湿度较为稳定,对混凝土养护工作较为有利。但对于直立边墙混凝土的养护,由于难以采用流水、保水养护或蓄水养护的方案,采用流水养护也难以实现墙面的均匀湿润。分析各方面的不利条件,采用了在边墙上边缘布置系统的养护花管(管壁间隔20cm钻一小孔),用吸水性好的棉布将墙面全部覆盖,并将棉布上边缘包裹在养护花管表面,使养护花管流出的水流经棉布吸收并沿棉布向下均匀流淌,同时注意将湿润的棉布与墙面按紧贴实,以实现长期保持墙面湿润养护的效果,并取得了良好的效果。

无压段底板混凝土由于存在较大的纵向坡度,吸取边墙养护的成功经验,也采用了覆盖棉布进行流水养护。

(2)挑流鼻坎混凝土养护

小湾水电站工程区气温日温差大。日温差ΔT≥15℃的天数,全年平均有88.3天,且集中在12月至翌年5月,挑流鼻坎段处在洞外露天部位施工,受环境温度、阳光照射、风速强以及空气干燥等自然条件影响较大,混凝土表面很容易开裂。因此,挑流鼻坎混凝土浇筑后的表面保护需要特别重视。为改善抗冲磨混凝土养护各种条件,除在表面覆盖棉布进行流水养护的基础上,还采用造雾机对浇筑完的混凝土进行喷雾,在局部范围营造小气候,以降低混凝土周围的环境温度并增加湿度。

同时施工区4月~9月平均气温都大于20.0℃,混凝土的夏季施工历时半年,此间日照时间长,太阳辐射能量强,混凝土施工要注意防晒防裂。除按上述进行高温季节温度控制外,还须加强表面保温工作,以减少内外温差,降低混凝土表面温度梯度,避免出现混凝土表面裂缝。

3 混凝土内部温度监测情况

为掌握混凝土凝结硬化过程中内部温度变化情况,了解内外温差梯度对混凝土裂缝的影响,分别在无压段前三仓“L”墙混凝土仓内预埋了内部温度检测仪器,温度监测采用内部温度与时间变化关系曲线和相对温度变化速率与时间变化曲线相结合,以便反应混凝土内部温度变化一般规律。监测内部温度变化情况如下:(监测数据略)

根据收集的混凝土内部温度监测数据绘制温度升高随时间变化过程曲线,如下图1

内部温度变化统计情况分析:

混凝土内部峰值温度出现在混凝土覆盖仪器后72小时,峰值温度均在40℃以下,小于技术标准要求的48℃。

从总体温升速率变化情况分析来看,由混凝土覆盖监测仪器到温度峰值阶段温升速率基本在0.3~0.4℃/h,一般在24~48小时阶段温度上升较快,温升速率在0.4~1.1℃/h;然后缓慢上升到峰值温度后再缓慢下降,一般在7天左右降到30℃以下;在15天时内部温度回落到20℃以下;在浇筑完一个月时内部温度相对环境温度温差降到5℃以下,并逐渐趋于稳定。这时的混凝土内外温差不大,出现由于温度应力引起裂缝的可能性不会很大。

4 取得的成果

小湾水电站泄洪洞抗冲耐磨混凝土施工从配合比优化设计入手,在充分分析硅粉混凝土的特殊性的基础上,对各施工工序、工艺环节的细致研究,采取了合适的施工技术,施工中不断加以改进,做到了精益求精,系统地解决了抗冲耐磨混凝土早期干缩裂缝和硬化过程中产生温度裂缝的问题,经检查到工程交工验收时没有发现一条温度裂缝。在施工质量满足设计要求的前提下,形成了一套较为成熟、较为完善的施工工艺方法,既保证了混凝土施工质量,又保证了施工进度,取得了良好的经济效益,为类似工程施工积累了宝贵的施工经验。

注:“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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