康伟强
中铁二十局集团有限公司西安710016
摘要：温度控制是大体积混凝土工程施工质量控制的关键环节，在水利工程大体积混凝土温控措施中，采用预冷混凝土是最为关键也是最主要的措施之一。本文以南宁市邕宁水利枢纽工程中温控要求较高的闸墩底板为基础，从配合比优化、预冷混凝土拌合、大体积混凝土施工工艺、混凝土监控等方面简述了南宁市邕宁水利枢纽工程拦河坝工程大体积混凝土温度控制措施。
关键词：邕宁水利枢纽工程预冷混凝土冷却水管温度监控
1工程概况
1.1工程简介
南宁市邕宁水利枢纽工程位于南宁邕江河段下游青秀区仙葫开发区牛湾半岛处，上距老口航运枢纽74Km，下距西津水电站124Km。水库正常蓄水位67m，总库容7.1亿m3，电站总装机容量57.6MW（6×9.6MW），为灯泡贯流式机组。枢纽工程等别为Ⅱ等，主要施工内容包括拦河坝工程、航运过坝工程、防洪排涝工程等部分。
1.2大体积混凝土工程情况概述
本工程拦河坝工程混凝土总量约62万m3，其中大体积混凝土主要集中在主厂房、闸墩、重力坝、纵向砼围堰等部位，总量约35万m3，最大单次浇筑量约1500m3。根据设计图纸的要求，要求砼入仓温度不超过14℃。由于本工程混凝土温度控制要求严格，为了满足要求，施工中必须从选择预冷混凝土及合理的施工工艺等多方面综合控制。
2配合比设计
依据本工程混凝土的配制要求，混凝土的配制遵循“抗渗性、抗裂性、工作性并重，混凝土各项性能均衡发展”的原则。混凝土配合比设计主要采用以下技术方案：
（1）低水泥用量：在满足混凝土工作性和强度条件下尽量减小水泥用量以提高混凝土体积稳定性和抗裂性。
（2）最大堆积密度：优化混凝土中集料的级配设计，采用三级配，获取最大堆积密度和最小空隙率，以便尽可能减少水泥浆的用量，提高混凝土体积稳定性。
（3）水胶比（w/b）适当：在一定范围内混凝土抗压强度与其拌合物的水灰比成反比，减小w/b，混凝土抗压强度和体积稳定性提高。但为保证混凝土的抗裂性能，水胶比应适当，过小的w/b易导致混凝土自生收缩增大。
（4）大掺量矿物掺合料：采用大掺量粉煤灰，降低水泥用量，发挥粉煤灰超叠效应，降低混凝土的水化热温升、减小收缩，同时提高混凝土抗裂性和耐久性。
（5）矿物掺合料与高性能减水剂双掺：充分发挥矿物掺合料与高效减水剂的迭加效应，从而达到减少水泥用量和用水量、密实混凝土内部结构，使混凝土强度持续发展，耐久性得以改善。
本工程经过优化设计，确定最终采用三级配混凝土，本文以闸墩底板为例，设计配合比：水泥192kg/m3,砂620kg/m3,小石434kg/m3,中石434kg/m3,大石577kg/m3,水115kg/m3,粉煤灰48kg/m3,减水剂1.44kg/m3。
2预冷混凝土拌合
本工程中要求砼入仓温度不超过14℃，结合本工程的施工安排及南宁市历年平均气温参数，合理的选择预冷设备控制混凝土的出机口温度是本工程的重点。
2.1确定混凝土出机口温度
由于本工程设计图纸仅给明了最高入仓温度为14℃，因此必须对出机口温度进行计算。本计算以现状条件下气温、水温为依据，因现场骨料仓平均堆料高度大于6m，故砂石骨料温度采用当月平均气温进行估算。南宁地区7月份平均气温最高为28.4℃，以该月为基础计算混凝土出机口温度，根据以下公式进行计算（见《水利水电工程施工手册》（第3卷混凝土工程）公式8-4-4）
TB·P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+θ3)
式中：TB·P——混凝土入仓温度，℃；
T0——混凝土出机口温度，℃；
Ta——混凝土运输时气温，℃；
θi（θ=1,2,3…,n）——温度回升系数，混凝土装卸和转运每次θ=0.032，混凝土运输时θ=At；
A——混凝土运输过程中温度回升系数，根据水利水电工程施工手册》（第3卷混凝土工程）表8-4-3，本工程运输采用6m3自卸汽车，运输15min考虑，取A=0.0022；
T——运输时间，min；
经过计算，本工程出机口温度按T0=13.5℃控制。
2.2预冷设备的选型计算
广西南宁地区属于亚热带季风气候区，多年月平均最高气温28.4℃（7月），多年月平均最高水温29℃（7月），通过基础数据分析，每年5月～10月大体积混凝土工程施工需采取温控措施。本文从需要温控的7月为基础来进行预冷设备容量的计算。
2.2.1计算基础
（1）已知南宁地区7月份平均最高气温为28.4℃，平均最高水温29℃。
（2）闸墩底板砼配合比为：水泥192kg/m3,砂620kg/m3,小石434kg/m3,中石434kg/m3,大石577kg/m3,水115kg/m3,粉煤灰48kg/m3,减水剂1.44kg/m3。
2.1.2预冷设备容量计算
根据工程特点，依据《水利水电工程混凝土预冷系统设计规范》（SL512-2011）条文说明第四章热平衡计算表3，当混凝土出机口温度T0＞14℃时，拟采用骨料堆场降温，拌合楼料仓风冷粗骨料，加冷水拌和混凝土相结合的方式进行（暂不考虑加冰拌和）。
（1）配合比采用理论配合比，依据热平衡公式计算经风冷后骨料及冷水的温度关系。
根据热平衡公式，T0(mccc+mfcf+mscs+mGcG+mwcw)=Tcmccc+Tfmfcf+Tfmscs+T’GmGcG+T’wmwcw+QJ
式中：T0——混凝土出机口计算温度，℃；
Tc、Tf、Ts——水泥、粉煤灰、砂的平均进料温度，℃；
mc、mf、ms、mG、mw——每立方米混凝土水泥、粉煤灰、砂、骨料的重量，kg；
cc、cf、cs、cG、cw——水泥、粉煤灰、砂、骨料的比热，kj/(m3·℃)；
T’G——风冷后骨料温度，℃；
T’w——水冷后拌和水温度，℃；
QJ——每立方米混凝土拌和时产生的机械热，kj/m3；
其中：cc=cs=cG=0.837×103kj/(kg·℃)，cf=0.92×103kj/(kg·℃)，Tc=60℃，Ts=28.4℃，QJ=1500kj，
简化后得
2.51×T’G+T’w=8.43
根据《水利水电工程施工手册》（第3卷混凝土工程）相关论述“一般粗骨料可降至零度以下，拌和水可降至2℃”，确定如下组合模式：
①取T’w=2℃时，T’G=2.56℃
②取T’w=4℃时，T’G=1.77℃
③取T’w=6℃时，T’G=0.97℃
方案比选：以T’w=4℃，T’G=1.77℃为标准进行设备选型（具体比选过程省略）。
2.2.3预冷设备的选型
根据本工程总体施工进度要求，右岸混凝土设计总量约50万m3，高峰月平均混凝土浇筑强度4.81万m3/月，考虑混凝土的月不均匀浇筑系数1.5，按月生产500h计算，混凝土拌合站的生产产能为145m3/h，预冷混凝土仍按高峰期145m3/h产能进行计算考虑；
（1）水冷设备选择:
冷水总供应量：115m3/h×145kg/m3&pide;1000kg/m3=16.7m3/h，即水冷设备的总供水产能为16.7m3/h；
水冷设备冷负荷计算,参照水利水电工程混凝土预冷系统设计规范》（SL512-2011），需选择的水冷设备总冷负荷为
Qw=4.19×115×（29-4）×145×1.5/3600=727.8kw
（2）风冷设备选择
风冷骨料冷负荷计算,参照水利水电工程混凝土预冷系统设计规范》（SL512-2011），需选择的风冷设备总冷负荷为
QG=0.837×1445×（28.4-1.77）×145×1.5/3600=1945.9kw
（3）设备选型
根据以上计算结果，设备选型时均考虑一定的富余量。制冷水设备负荷为727.8kw，选择一套LSLGF1000型螺杆式冷水机组（标准工况下，单机制冷量为983kw）。制冷风设备负荷为1945.9kw，选择一套LG31.5A800D2型螺杆式制冷压缩机组（标准工况下，单机制冷量为2330kw）。
3大体积混凝土施工
3.1混凝土运输
根据从混凝土搅拌站至施工现场的距离、路线以及现场混凝土浇筑量、浇筑进度计划，合理安排运输量和台车频数，以充分减少运输过程中的坍落度损失、温度损失情况。本工程拌合站距离仓面约1km，混凝土运输采用12T自卸汽车运输，为减少运输过程中温度损失，对自卸车进行改装，增加可折叠遮阳棚。
3.2混凝土入仓
自卸车运料至仓面后，采用门座式起重机配合6m3料罐入仓，混凝土布料按照斜面分层的方式布料，减少砼裸露时间，入仓后及时振捣，同时在仓面采取仓面喷雾机喷雾等措施以降低浇筑面环境温度。
3.3冷却水管降温
在仓内布置冷却水管循环降温是大体积混凝土施工的常用措施。本工程冷却管材料选用HDPE塑料管。冷却水管根据需要布设，水平、竖直间距分别为1.00m、1.50m，水管到混凝土表面或侧面的距离不小于0.8m。采用深层地下水做冷却水。用分水器将各层各套水管集中分出，分水器设置相应数量的独立水阀以控制各套水管冷却水流量；需设置一定数量的减压阀以控制后期通水速率。本工程大体积混凝土冷却水的通水要求见下表。
表3-1大体积混凝土通水要求
3.4养护控制
混凝土养护包括温度和湿度两个方面，结构表层混凝土的抗裂性和耐久性在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度养护。本工程厂房及闸坝结构施工期长，大部分为立面结构，外露面积大，施工中采用待混凝土初凝后采取铺设湿麻袋保湿或则采用覆盖塑料薄膜养护、局部洒水养护相结合的方式效果较好。
4温度监控
大体积混凝土工程施工中必须对各个环节进行监控，主要监控内容包括混凝土温度场监控、坏境体体系温度测量等工作。本工程采用便携式JDC-2型建筑电子测温仪测量混凝土内外部温度，按照重点突出、兼顾全局的原则进行。测温点在每层混凝土1/4中心线上布置，该区域基本能够代表整个混凝土断面的最高温度分布。温度场监测频率：混凝土浇筑过程中，每2h测量一次温度；浇筑块混凝土浇筑完毕后至水化热升温阶段，每2h测量一次；水化热降温阶段第一周，每4h测量一次，一周后每天选取气温典型变化时段进行测量，每天测量2～4次。
5结束语
截至目前，通过采用选择预冷混凝土及合理的施工工艺等多种措施，邕宁水利枢纽工程约32万m3大体积混凝土全部施工完成，通过长期观测，混凝土内部未发现有害裂缝及其它不良状况，证明本工程采用的预冷混凝土及施工工艺合理，值得推广应用。