景洪电站高气温条件下大坝碾压混凝土连续施工研究.docx
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景洪电站高气温条件下大坝碾压混凝土连续施工研究
景洪电站高气温条件下大坝碾压混凝土连续施工研究
[摘要]景洪电站地处亚热带,高气温时间长,大坝碾压混凝土施工温控难度高。
本文通过对原材料及配合比、混凝土出机口温度控制、运输过程温度控制、浇筑过程的温度控制以及混凝土浇筑后的养护和冷却通水等一系列研究,提出了景洪电站高气温条件下大坝碾压混凝土连续施工的综合措施,并在计算和已有经验的基础上给出了具体实施方法。
[关键词]碾压混凝土坝;连续施工;温度控制;景洪电站
StudyoncontinuousconstructionofdamRCCinhightemperatureforJinghongHydropowerStationdam
Abstract:
JinghongHydropowerStationisinthesubtropicalzone,thehightemperaturecontinuesforlongandthetemperaturecontrolindamconstructionisdifficult.Bytheresearchontherawmaterials,themixproportion,theconcretetemperaturecontrolinoutlet,intransportandinplacement,thecureandthepost-coolingwater,thepaperputsforwardthesyntheticmeasuresondamRCCconstructioninhightemperatureandtheenforcementmethodsonbasisofthecomputationandexperienceforJinghongHydropowerStation.
KeyWords:
RCCdam;continuousconstruction;temperaturecontrol;JinghongHydropowerStation
1、概述
景洪水电站位于云南西双版纳傣族自治州景洪市北郊5km处,处于澜沧江下游河段。
工程大坝为混凝土重力坝,坝高110m,其坝体主要为碾压混凝土。
坝址地区多年平均气温约22℃,夏季极端最高气温达40℃,全年高温时段持续8个月。
长时间的高温,构成了碾压混凝土连续施工的关键难题。
为此,本文针对这一难题进行了一系列研究,提出了相应的综合措施和实施方法。
2、混凝土原材料优选及配合比优化研究
2.1原材料的优选
2.1.1、水泥
景洪电站水泥供应厂商主要有版纳、普洱、建峰三家,根据检测,42.5级普通硅酸盐水泥3天龄期水化热分别是229.26kJ/kg,223.39kJ/kg、253.66kJ/kg,7天龄期的水化热分别是267.98kJ/kg、283.26kJ/kg、284.58kJ/kg。
3种水泥中,3天的水化热除建峰的略高以外,其余2种无多大差异;7天的水化热则均较接近。
普通硅酸盐水泥比相同级别的中热水泥的水化热高,在水泥的选择中,优先选择中热水泥,且需要含一定量的MgO以补偿混凝土凝固过程中的自生体积变形,其MgO含量在3%~4.5%,不宜超过5%,以免难以控制混凝土的微膨胀,从而破坏混凝土的结构。
2.1.2、粉煤灰
景洪电站可供选择的粉煤灰厂家较少,且大多数是Ⅱ级灰。
经葛洲坝集团所作的大量的粉煤灰比较试验表明:
对于常态混凝土,Ⅰ级粉煤灰与Ⅱ级灰相比,混凝土单位用水量要少10kg/m3左右,采用Ⅰ级粉煤灰可显著减少胶凝材料用量,有利于混凝土温控。
因此,应优先采用Ⅰ级粉煤灰,只有在Ⅰ级灰不足的情况下才使用Ⅱ级灰。
景洪电站的粉煤灰供应厂商主要为曲靖和宣威两家,通过对细度、需水量、烧失量、含水率以及三氧化硫含量的试验测定,曲靖灰接近Ⅰ级标准,宣威灰为Ⅱ级灰,因此,应优先采用曲靖灰或采用其它品种的优质胶凝材料代替粉煤灰。
2.1.3、外加剂
景洪工程混凝土外加剂要求选用缓凝高效减水剂。
通过降低单位用水量来减少混凝土的总发热量,降低混凝土的水化热温升;通过缓凝来保证在夏季施工时,仓面混凝土在坯层间歇时间内不初凝,并延缓水泥水化热温度峰值出现的时间,从而预防混凝土早期裂缝。
此外,根据混凝土的高耐久性要求,还须选用引气剂。
在选用的外加剂中,缓凝高效减水剂单掺减水率均在18%以上,与引气剂复合后的减水率在22%以上。
根据其它工程的外加剂的使用情况,国内外加剂质量比较稳定的有ZB-1A,JG3、X404等品牌,其中X404的减水率最大,ZB-1A和JG3的减水率大致相当,在C35强度等级的抗冲耐磨混凝土中,掺X404比掺ZB-1A和JG3少用水14kg/m3。
[1]
2.2、配合比的优化
混凝土配合比是保证混凝土质量的关键之一。
在工程实践中采用的混凝土施工配合比是在大量试验基础上提出的,并随着施工进展和需要,在满足设计要求的前提下,不断优化和完善。
表1给出了初始配合比和第一次优化配合比的相关参数值。
表1景洪电站大坝混凝土施工配合比优化前后比较表
Table-1ComparisonofConcreteMixturesbeforeandafterMixDesignOptimizationforJinghongHydropowerProject
混凝土品种
混凝
土标号
水胶比
级配
用水量
(kg/m3)
粉煤灰
掺量%
砂率
(%)
总胶材
(kg/m3)
前
后
前
后
前
后
前
后
前
后
常态混凝土
C9015
0.60
0.57
四
92
93
30
30
22
23
153.3
149
C9020
0.5
0.5
三
109.2
93
30
30
24
26
218.3
186
C2825
0.38
0.4
三
108
93
20
30
23
24
284.2
233
碾压混凝土
C9015
0.5
0.49
三
78
77
50
50
33
30
207.1
158
C9020
0.5
0.45
二
90
88
45
50
38
35
208.0
196
设计为准I级灰,高效减水剂为浙江龙游ZB-1G。
从表1中可看出,优化后配合比比初始配合比混凝土胶凝材料用量减少4.3~51.2kg/m3,其中碾压混凝土的胶凝材料减少了49.1kg/m3和12kg/m3。
3、拌和系统温度控制研究
3.1出机口温度的控制
设计要求常态混凝土和碾压混凝土出机口温度为14C。
由于3~10月高温季节的环境高温影响,施工中虽然采取综合措施,浇筑温度仍然超过设计要求的15~19C。
因此,实际控制出机口温度时还需要更严:
对于常态混凝土出机口温度按11℃左右控制,碾压混凝土由于加冷水和冰的空间小,只能按14℃左右控制。
3.2砂的含水率控制
大含水率的砂对混凝土拌和温控是非常不利的。
以C9015碾压混凝土为例,其掺水量为71.4kg/m3,砂为613.2kg/m3,若砂的含水率为6%,则含水量为36.8kg,加水空间34.6kg,占总用水量的51.5%,加上粗骨料表面含水16.2kg(占1%),则骨料总含水量为53kg,占总用水量的74.2%,使得加冷水、加冰的空间大大缩小。
按此计算,出机口温度为13.5℃,刚刚满足14℃的设计要求,没有余地,出机口温度保证率低。
因此,必须控制砂的含水率不超过6%且保持恒定。
3.3拌和制冷运行温控参数的调整
二次风冷骨料冷却终温、胶凝材料和加水加冰温度是拌和制冷的质量控制点。
在高温时段,为保证混凝土出机口温度,对拌和制冷实际运行温控参数进行必要调整,表2给出了景洪电站温控参数调整情况。
表2景洪电站拌和制冷运行调整参数与设计参数对照表
Table-2ComparisonofOperationalAdjustedParameterandDesignParameterofBatchingandCoolingPlantforJinghongHydropowerProject
部位
温控项目
设计参数(C)
实际调整参数
备注
一次风冷料仓
骨料
冷却
终温
特大石
至统计数据截止日,没有浇筑四级配混凝土
大石
8~10
6~9
中石
小石
拌和楼二次风冷料仓
骨料
冷却
保温
特大石
大石
6~8
5~7
中石
小石
拌和楼
冷水温
4
3~4
片冰温度
-5~-8
0~-3
砂温
≤25
22
水泥
进罐温度
<60
<60
楼上温度
≤45
45
粉煤灰温度
45
45
从骨料预冷的设计上看,一次风冷骨料时,将骨料温度从20~22℃降到8~10℃,其降温幅度为12℃,二次风冷只将骨料温度降低2℃,因此,二次风冷所起的作用不大,若能增加二次风冷的制冷容量,出机口温度控制效果将更好。
4、施工过程的温控措施研究
4.1、遮阳、仓面覆盖与喷雾
4.1.1汽车运输遮阳
景洪电站混凝土水平运输主要采用自卸汽车,垂直运输采用门塔机、布料机和电吊等起吊设备,水平运输的距离小于1.5km,运输时间为10~15min,但由于效率因素,有时会出现汽车在入仓口或门机起吊平台处待料,使实际运输时间有时超过30min,为控制混凝土在运输过程中温升过快,在自卸车车箱顶部设置遮阳蓬,并兼有防雨功能。
遮阳蓬采用帆布作为遮阳材料,在车箱两侧的厢缘上,各焊一根细钢管,钢管上套装滑环,滑环与帆布相连,利用细钢丝绳人工牵引滑环即可实现遮阳蓬开闭操作。
4.1.2仓面覆盖
碾压混凝土浇筑仓面大,一般在1500m2以上,每层混凝土约450m3,按照拌和楼的生产能力和仓面施工能力,高温季节为110m3/h左右,浇筑一层需要4h以上。
由于外界气温的影响,特别是在白天10:
00以后,气温高达36~38℃,混凝土的温度回升率很高,因此,有必要在仓面对混凝土表面进行覆盖。
气温超过30℃后,经1cm厚的聚乙烯卷材覆盖后,内外温差达4~6℃左右,可以减少混凝土的温度回升2~3℃。
表3给出了仓面混凝土碾压后温度回升表。
表3仓面混凝土碾压后温度回升表
Table-3ConcreteTemperatureRiseafterCompaction
(一)、2004年4月25日
部位
时间
气温(℃)
测点温度(℃)
部位
时间
气温(℃)
测点温度(℃)
右冲2-5块1#点
15:
15
34
14.9
(1)
右冲2-5块2#点
15:
36
36
21.5(3)
17.0
(2)
21.5(4)
15:
45
36
16
(1)
16:
00
34
23.7(3)
16:
15
34
17.8
(1)
22.5(4)
19.5
(2)
16:
30
35.2
24.4(3)
注:
括号内表示温度计编号
23.4(4)
(二)、2004年4月30日
上纵8~10块1#点
15:
46
31
17.5
上纵8~10块2#点
15:
46
31.0
16.7
16.06
33.0
19.0
16:
06
33.0
17.0
16:
26
33.3
20.0
16:
26
33.3
18.4
16:
40
32.2
20.3
16:
40
32.2
19.3
16:
50
33.0
20.5
16:
50
32
19.5
17:
00
33.0
20.6
17:
00
32.0
19.5
后4组阳光被遮住
16:
40后有泌水影响,温度未变
从表3中可以看出,平仓碾压后,在太阳照射的情况下,混凝土表面下10cm处的温度回升率为2~3℃/h,因此仓面采用隔热被覆盖是有效的。
仓面隔热材料一般选择保温被,保温被采用两层1cm厚的聚乙烯卷材外套塑料编织彩条布,为现场使用方便,保温被一般做成2m3m一块。
在开仓浇筑前,要求每仓配备保温被,浇筑时,对碾压好的混凝土立即覆盖,至需要下料时再掀开下料。
4.1.3仓面喷雾
仓面喷雾通常采用风机喷雾和掺气管喷雾。
风机喷雾是将定型喷雾设备接上水源后从喷头喷出水雾;掺气管喷雾是将掺气管固定在仓面两侧的模板上,沿掺气管长度方向每30~50cm钻一个Φ1.0~1.5mm小孔。
掺气管端部接0.4~0.6MPa高压水及0.6~0.8MPa高压风,风、水在管内混合后由掺气管小孔喷出。
这种喷雾方法由于喷射距离有限,适合于面积小于500m2的仓面或在没有较好的喷雾设备时使用。
4.2斜层平推法施工
在已有的经验中,由于平层法的浇筑温度控制不理想,故而需要改变浇筑工艺,采用斜层平推法施工。
先计算碾压混凝土入仓温度和浇筑温度。
由于采用汽车和门塔机等常规方式入仓时,根据经验公式
(1)、
(2)计算入仓温度和浇筑温度:
[2]
TB,P=T0+(Ta-T0)(θ1+θ2+…+θn)
(1)
TP=TB,P+0.003τ(Ta-TB,P)
(2)
式中TB,P——混凝土入仓温度,℃;
T0——混凝土出机口温度,℃;
Ta——混凝土运输过程的气温,℃;
θi(i=1,2,3,….)——有关的系数,其数值为:
混凝土装、卸和转运,每次θ=0.032;
混凝土运输时,θ=At=0.002×20min;
TP——混凝土浇筑温度,℃。
τ——浇筑平仓碾压到上层覆盖前的全部时间,240min;
对于碾压混凝土而言,只存在拌和楼转料1次,混凝土运输时间平均取20min,当出机口温度为14℃,外界气温取各月气温的平均值。
其计算结果详见表4。
表4碾压混凝土入仓温度和浇筑温度计算结果表单位:
℃
Table-4ConveyingandPlacingTemperatureofRCCUnit:
℃
月份
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
多年平均气温
16.0
18.0
21.1
24.3
25.7
25.8
25.4
25.1
24.5
22.6
19.4
16.2
出机口温度
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
14
入仓温度
14.1
14.3
14.5
14.7
14.8
14.8
14.8
14.8
14.8
14.6
14.4
14.2
浇筑温度
15.5
17.0
19.3
21.6
22.7
22.7
22.4
22.2
21.8
20.4
18.0
15.6
注:
入仓和浇筑温度是按月平均温度来计算的。
从上述计算结果和现场观测数据来看,运输途中温度回升较小,一般为1~2℃。
温度回升较大的是在碾压层的间歇时间,特别是中午时段,实测最高浇筑温度超过28℃,温度回升达8~10℃,因此有必要采用斜层平推法施工,以减少层间碾压时间,降低混凝土的浇筑温度。
采用斜层平推法的主要施工工艺如下:
①砂浆铺设;②开仓段碾压混凝土施工;③碾压混凝土的斜层铺筑;④收仓段碾压混凝土施工;⑤上述②~④工序同时穿插有切缝、模板周边变态混凝土施工以及质量检测等工序。
[3]
在斜层平推法正式实施前,选择上纵4~10块进行了生产性试验,试验块全长175m,浇筑时从下游往上游平推,最长的斜面为35m,宽度为15m,每层共计157m3,按照入仓强度为110m3/h,层间间歇期约1.5h。
与平层浇筑覆盖时间4.5h相比,大大缩短了层间覆盖时间。
以此计算,混凝土温度回升将减少5.4℃,从而有效地削减混凝土内部最高温度峰值。
表5给出了相近外界条件下,斜层平推法和平层浇筑法的浇筑温度比较。
表5斜层平推法和平层浇筑法浇筑温度比较
Table-5ConcreteTemperatureComparisonforDifferentConcretePlacementMethods
部位
序号
日期
气温(℃)
入仓温度(℃)
浇筑温度(℃)
仓面温升(℃)
(一)平层浇筑法
下纵1~5块
1
2004-6-1413:
15
34
16.5
24
7.5
2
2004-6-1415:
00
35
17
26
9
3
2004-6-1416:
05
34
17
25
8
4
2004-6-1417:
00
33
16.5
23.5
7
5
2004-6-1420:
00
24
16
18
2
6
2004-6-1422:
00
23
15.5
18
3.5
7
2004-6-1423:
40
24
15
18
3
8
2004-6-151:
00
24
16
19
3
9
2004-6-153:
00
23
16
19
3
10
2004-6-155:
00
24
15
19
4
(二)斜层平推法
上纵4~10块
1
2004-7-1610:
20
28
16
19
3
2
2004-7-1611:
30
28
15
18
3
3
2004-7-1612:
50
30
16
18.5
2.5
4
2004-7-1613:
40
31
16
18
2
5
2004-7-1614:
25
31
16
18
2
6
2004-7-1615:
30
32
15.5
17
1.5
7
2004-7-1616:
40
32
15
17
2
8
2004-7-1617:
35
32
15
16.5
1.5
下纵1~3块
9
2004-7-1720:
25
24
16
19
3
10
2004-7-1721:
10
24
15
18
3
4.3表面养护
混凝土表面散热是消减混凝土内部最高温度峰值的最有效方法之一。
对于浇筑升层为1.5m~2.0m的混凝土,能够消减峰值3~5℃,因此,做好混凝土的表面养护非常重要.
一般地,在混凝土浇筑完毕后10~15h内即开始养护,但在炎热、干燥气候情况下应提前养护。
混凝土养护应保持连续性,养护期内不得采用时干时湿的养护方法。
5、初期通水冷却研究
初期通水能够有效削减混凝土内部最高温度,使其不超过设计允许值。
初期通水一般使用6~8C的制冷水,流量宜为18~20L/min,碾压混凝土的通水历时为15~20d,常态混凝土为10~15d。
5.1初期通水及要求
常态混凝土在收仓后12h内开始通水冷却。
通水流量控制在18~20L/min.当冷却水管内水流量达到15L/min时,管内即可产生紊流,可以很有效地带出热量。
[4]
对于碾压混凝土,由于掺合的粉煤灰占40%~60%,混凝土的水化热滞后,需要适当延长通水时间,可在收仓12h后开始冷却通水。
由于水化热的滞后,8~28d后仍然有30%的水化热,因此,碾压混凝土的冷却通水时间应适当延后5~10d,初期通水以15~20d为宜。
[5]
5.2初期通水效果
在景洪电站一期工程大坝浇筑中,由于原材料使用普通硅酸盐水泥,基础约束区浇筑层厚2.0m以上,冷却水管的布置间距为2.0m(层间距)×1.5m(管间距)等,高温季节施工的混凝土内部最高温度超过37℃~38℃以上,图1、图2为12#坝段基础约束区的混凝土温度随时间变化的典型曲线。
图1
Fig.1
图2
Fig.2
从上述温度曲线上可以看出,混凝土的入仓温度为25℃~28℃,略偏高,主要是由于仓面温控措施的力度不够和层间覆盖时间较长所致;冷却通水对混凝土内部温度控制仍十分明显,2004年10月18日至11月8日期间的通水降温幅度要比11月18日以后的显著大些。
6、结语
碾压混凝土大坝的温度控制,特别是地处亚热带的碾压混凝土大坝,由于外界气温持续偏高,每年高温时段达240d以上,不可能避开高温季节施工,也不可能避开每天的高温时段,因此,要保证常年施工,采取温控措施显得至关重要。
在温控措施的实施中,单一的措施均无法带来理想的效果,必须采取综合措施,如混凝土配合比优化、拌和楼出机口温度控制、运输过程的温度控制、浇筑过程的温度控制以及浇筑后的混凝土表面养护和冷却通水等。
只要采取的措施得力,是完全能够满足高气温条件下碾压混凝土连续施工要求的。
参考文献
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中国水利水电出版社,2001年1月第一版:
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中国水利电力出版社,2002年12月第一版:
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