高温环境下水电站大体积混凝土温控技术的研究

摘要： 本文详细分析了国外某水电站在高温酷热的环境中，大体积混凝土施工所采用的温控技术。通过采用混凝土配合比优化、骨料预冷、加冰和冷水拌合等综合作用的混凝土温控技术，减少水电站大体积混凝土施工所产生的温度裂缝，控制混凝土施工质量。

关键词：高温环境大体积混凝土 温控措施

Technology of Controlling Concrete Temperature at High Temperature Environment

For Hydropower Station Massive Concrete

Abstract: In this paper, temperature control technology is described in detail for massive concrete of Hydropower Project in long time high temperature environment. By means of optimizing concrete mix design, precooling of aggregates, mixing concrete with ice and cold water,to decrease the temperature crack in concrete and improve the quality of concrete.

Key Words: high temperature environment, massive concrete, temperature control measures

中图分类号：TV331文献标识码： A

1工程概况

以巴基斯坦某水电站的混凝土施工为例，分析和研究在特殊的高温环境下的影响，通过分析和优化混凝土配合比、骨料预冷、加冰和冷水拌合等综合等综合混凝土温控技术，将混凝土出机口的温度控制在16℃以下，入仓温度控制在21℃ 以下，以减少大体积混凝土施工所产生的温度裂缝。

2混凝土温控计算

水电站大体积混凝土主要为厂房基础、机坑混凝土以及尾水框架混凝土。为了确定混凝土温度控制的允许值，选取厂房尾水框架中较长的尾水管混凝土结构为计算模型，进行温度场有限元仿真计算以获取混凝土浇筑时的入仓允许温度值。

结合有限元计算结果及对混凝土温升的经验估算，确定4～9月混凝土浇筑入仓允许温度为不大于21℃，10月至次年3月为常温。

混凝土出机口温度的计算可根据热平衡原理公式（1）进行，

Tc=(∑TiGiCi-80ηGc+Q)/ (∑TiGiCi)（1）

分别计算自然拌制、采用风冷骨料及冷水拌合同时加冰率为50%、以及风冷骨料及冷水拌合同时加冰率为70%三种工况，经比较三种工况的计算结果，最终选定16℃作为混凝土的出机口控制温度。

3混凝土制冷系统设计

混凝土制冷系统主要分为以下几个子系统：

3.1 骨料冷却系统

成品料仓储料堆高为12m，蒸发量近似按下式（2）计算

Q=0.0167C(WPw-KPa) （2）

通过以上计算，骨料需冷量约9800～10000Kcal/ m3,按预冷混凝土生产率80 m3 /h 估算，骨料总需制冷量为Q=78.4～80万Kcal/h，所需制冷设备制冷能力为Q0=118～128×104Kcal/h=1380～1495KW，配置3台标准工况制冷量为618 Kw的螺杆式氨泵机组，其总制冷量为1854 Kw，可完全满足制冷要求。

3.2冷水系统

混凝土拌和用水量约为10～15m3 /h，采用1 台LSBLG115冷水机组，其生产冷水能力为20 m3 /h，可满足冷水使用需要。

3.3 制冰系统

根据计算，高温时段混凝土拌合的最大加冰量为45kg/ m3，所需制冰能力可按如下公式（3）进行计算：

Q=ηGiQi/1000（3）

公式（3）计算得Q=31.05，按30t/d配置制冰设施，考虑冰温-3℃，采用自制块冰的方式供应。

4混凝土温控措施

混凝土的温度控制是一项系统工程，贯穿混凝土施工的全过程，包括混凝土生产过程、运输过程、浇筑过程、以及浇筑后养护过程中的温度控制。

4.1 原材料温度控制

水泥及煤灰：采用水化热较低的低热水泥，并在水泥罐及煤灰罐外部包装具有良好隔热功能的铝板。

砂石骨料：用前述的骨料冷却系统产生的-10℃的冷风预冷骨料，同时还采取了其它措施降低骨料温度和减少骨料预冷后输送过程中升温，包括在骨料堆场建遮阳篷并喷洒水雾，最终实现输送至拌合站的骨料温度在6℃以内的要求。

拌合用水：采用泵抽地下水并经冷凝水泵机组冷却至3℃以下，用于拌制混凝土，可直接降低拌合站出机口的混凝土初始温度。

4.2 混凝土配合比设计优化

主要做法是在保证混凝土强度及和易性的前提下，通过添加高效缓凝减水剂以减少水泥用量，通过在砂石骨料中减少小石用量、减小灰水比、酌情提高二级煤灰的掺量、以及在保证混凝土和易性的前提下减少单位混凝土拌制用水量并采用较小的砂率等方法也可减小胶凝材料用量，从而控制混凝土拌制过程中的温升。

4.3 分层分块和浇筑间歇控制

水电站厂房大体积混凝土的分块设计遵循温控要求，即横缝≤32.5m，纵缝≤32.0m。为利于混凝土浇筑块散热，在基础约束区和老混凝土约束区浇筑层高为1.2～1.5m，其它部位最大浇筑层高控制在3m以内。

高温季节浇筑混凝土，须掌握好混凝土层间覆盖间歇时间。高温季节浇筑混凝土应特别注意，一般早晚时间段覆盖间歇时间可取60～90分钟，其余时间段应控制在60分钟以内。

4.4 浇筑温度控制

为满足混凝土运输距离近以便减少运输过程温度升高，将拌合站建在距离施工仓面较近的位置，将混凝土在运输过程的温升控制在5℃以内。

混凝土浇筑尽量避开高温时间。夏季浇筑混凝土尽量安排在早晨或晚间进行。混凝土开始浇筑前，应在仓面适量洒水，以降低仓面环境温度。另外，应尽量减少混凝土层面暴露时间，采用台阶法浇筑而不用通仓平浇。

4.5 养护温度控制

在混凝土浇筑完毕后，表面覆盖保温材料并洒水养护，保持混凝土表面处于湿润状态。但注意不要洒温度过低的水，否则会使得混凝土内表温差骤然增大而引起裂缝的产生。

5混凝土温控效果

该水电站共浇筑了近17万m3的混凝土，主体混凝土浇筑施工时间跨越了3个夏季，这也是巴基斯坦近十年来最热的3个夏季，极端温度达53℃。混凝土施工全部完成后，我们对全部的检测数据进行统计，得出混凝土出机口温度超温率为0.2%，浇筑温度超温率仅为1.2%。结果表明，我们在控制出机口温度和浇筑温度这两项关键温控指标上取得了较好效果，通过了夏季酷热的考验。

6结语

混凝土裂缝的形成，其客观因素十分复杂，特别是在施工阶段，还掺杂人为因素。总的来说，影响混凝土裂缝的主要因素有：混凝土配合比、温差和温变、自生体积变形、弹性模量、徐变、基础对混凝土或老混凝土对新混凝土的变形约束、浇筑块长度和厚度、极限拉伸率、表面放热性能、养护措施、浇筑温度、结构和施工的分缝分块、施工分层、施工方法、气温、风速、昼夜温差、寒潮降温、模板种类以及防裂措施等。本文仅就水电站大体积混凝土在巴基斯坦当地高温环境下施工时所采取的温控技术进行了简单论述。经采取上述综合温控措施后，混凝土裂缝问题得到了很好的控制，但也出现了如表面缺陷过多、混凝土外观颜色不一致等其它问题，尚需进一步从混凝土配合比设计、混凝土施工工艺等方面进行优化和改进。

参考文献：

[1]《水利水电工程施工组织设计手册第四卷辅助企业》 水利电力出版社

[2]DL/T5144-2001《水工混凝土施工规范》