加冰预冷施工技术在乐昌峡工程中的应用

刘 利

(广东水电二局股份有限公司，广东 广州 511340)



加冰预冷施工技术在乐昌峡工程中的应用

刘 利

(广东水电二局股份有限公司，广东 广州 511340)

为满足混凝土设计温度要求和保证乐昌峡水利枢纽拦河坝碾压混凝土重力坝在高温时段需不停仓连续施工时混凝土质量,防止产生混凝土温度裂缝,经专家论证和实际施工证明,采取加冰预冷控制混凝土出机温度措施控制混凝土的施工温度,取得了良好的温控效果。

高温；裂缝；温控；加冰预冷

1 工程背景

乐昌峡水利枢纽工程是以防洪为主,结合发电,兼顾航运和灌溉等综合利用的枢纽工程,坝顶高程164.6 m,总库容为3.43亿m3。工程等别为Ⅱ等大(2)型,主要建筑物拦河坝的级别为2级。拦河坝为碾压混凝土重力坝,布置5孔溢流坝,每孔净宽为12 m,堰顶高程为134.8 m,闸孔孔口尺寸为12 m×10.7 m。坝顶高程为164.6 m,最大坝高为84.6 m,坝顶长为256.0 m,其中溢流坝段长为78.0 m,左岸非溢流坝段长为96.0 m,右岸非溢流坝段长为82.0 m。

乐昌峡水利枢纽工程位于粤北山区,流域处于五岭以南,属中亚热带山地气候,气候湿润,雨量充沛。多年平均气温为19.6 ℃,最高气温为39.4 ℃,最低气温为-4.6 ℃；根据气象资料,该地区6—10月的4个月最高气温在33.1 ℃～39.4 ℃,且夏季高温时节正是大坝混凝土施工的高峰期。

2 工程混凝土浇筑量及设计要求

混凝土浇筑43.2万m3(其中碾压混凝土27.6万m3、变态混凝土1.86万m3、常态混凝土13.6万m3、预制混凝土1.06万m3),根据进度计划,日浇筑高峰强度约3 000 m3/d。为满足大坝砼高强度施工要求,在滑石排坑128 m平台到140 m平台之间布置大型混凝土生产系统。

根据《广东省乐昌峡水利枢纽工程碾压混凝土重力坝温控施工技术要求》规定,为保证大坝碾压砼在6—9月高温季节不停仓高强度施工的混凝土质量,预防大体积混凝土温差裂缝的产生,必须控制混凝土出机口温度不超过25 ℃,以确保大坝砼质量[1]。

3 加冰预冷施工技术的选择的原因

本工程项目大体积混凝土的浇筑温度在采取控制混凝土骨料的堆料高度不低于6 m的高堆取料方式,喷淋方式对骨料进行降温,并且堆料场加设遮阳、防雨棚,在料仓正前方与两侧采用遮阳挂帘,且在5～20 mm、20～40 mm石料仓两端设置喷雾装置,喷水量一般不超过1 mm/h, 根据温度情况进行喷雾降温,对40～80 mm粒径石料在料仓顶部加设喷水管进行直接淋水,控制骨料温度及在水泥、煤灰罐周围搭设排架,然后在排架周围采用遮阳布将其围蔽,在储料罐顶部搭设顶棚,并在罐顶周围设置一环穿孔水管,高温或烈日时对水泥罐外壁进行洒水降低水泥、粉煤灰罐温度,混凝土内埋设蛇形冷却管通水冷却等一系列措施仍然无法满足混凝温控的要求的情况下,需采取加冰拌和混凝土的专项降温措施,方能解决大坝混凝土夏季高温高强度施工的要求。

4 加冰预冷施工技术的原理

加冰预冷拌和实际上就是用厚度一般为1.5～2 mm的片冰代替拌和水拌和混凝土的施工技术。由于片冰薄而极易融化,基本上不延长搅拌时间,完全可以替代拌和水,是最有效、最灵活、最简易的冷却方式之一。从理论上讲,最大加冰量就是混凝土用水量,加冰率可达到100%。实际上,由于为了润湿骨料、提高混凝土搅拌效率,减少粉尘、稀释外加剂等,在搅拌机进料前已经含有一定水分,因此实际操作过程中无法达到加冰率100%。

5 制冰系统布置

制冰站主要由制冰机、冷却塔、储冰库、送冰系统等组成,送冰系统主要由螺旋机+风送机+称量斗组成。

整个制冰站为一座3层的钢结构,以储冰库为主体。储冰库分为基础结构、支撑结构、冰库3大部分，基础采用钢筋混凝土地基梁,主楼为两层单跨全钢结构工业建筑 ,楼体内设备多 ,荷载大 ,荷载分布具有头重脚轻的特点。受工艺布置限制 ,楼体横向柱间支撑设置困难 ,结构横向抗侧移刚度较低。通过采用地基换填处理 ,以及楼体横梁与立柱采用刚性连接 ,使横向排架形成刚架结构,使结构设计满足规范要求。制冰机与冷却塔是一个联系工作的体系,4台制冰中每台制冰机对应的1台冷却塔工作。制冰放置在冰库顶,冷却塔放置制冰机上方,这样就可以做到既节省布置位置,更能方便操作。储冰库扒冰机将冰扒至螺旋机送至风机口,再由风管送至皮带机上方的称量集料斗。螺旋机布置在靠近拌和楼侧一层楼底。

根据本工程拌和楼生产能力的需要,并通过专业制冰厂家进行了计算提供了数据,日生产4 000 m3混凝土需要150～200 t/d的制冰系统。为保证满足上述要求,需要布置4台50 t/d的制冰机。在靠近拌合楼水池旁边与4#拌合楼比较近的位置布置9 m×5 m的制冰站。制冰用水抽用原拌合楼水池,冷却塔布置在冰库顶板处。送冰系统采用风送,搭设钢架将风管送至皮带机计量斗上。

6 大体积混凝土出机口温度计算原理[2]

6.1 混凝土的拌和温度

混凝土的拌和温度,又称出机口温度,根据混凝土拌合物的热量系由各种原材料所供给,拌和前混凝土原材料的总热量与拌和后流态混凝土的总热量相等的热平衡计算原理计算：从而混凝土的拌合温度可按式(1)计算：

T0=(∑tiGiCi-kηGi+Q) / ∑GiCi

(1)

式中T0为混凝土出机口温度,℃；ti为第i种材料的平均进料温度,℃；Gi为第i种材料的质量,kg；Ci为第i种材料的比热容,kJ/(kg·K)；η为冰的冷量利用率,以小数计,对于干燥过冷的片冰可取1.0,对接近0 ℃潮湿片冰取0.8～0.9,本工程根据实验室试验取0.9；Q为混凝土拌制产生的机械热,kJ/m3,若进料温度按入楼前的温度计算时,还应计入运输和二次筛分中增加的机械热，生产常温混凝土时机械热估值可取2 000 kJ/m3，生产低温混凝土时机械热估值可取4 000 kJ/m3，本工程取3 000 kJ/m3；k为冰的融化潜热,取335 kJ / kg。

6.2 混凝土的浇筑温度

混凝土拌和出机后,经运输平仓振捣等过程的温度称为浇筑温度。混凝土浇筑温度受外界气温的影响,当在夏季浇筑,外界气温高于拌和温度,浇注后就会比拌和温度更高,如在冬季浇筑,则恰好相反,这些冷量或热量的损失,随着混凝土运输工具类型、运输时间、运转时间、运转次数及平仓、振捣的时间而变化,于是混凝土的浇筑温度可按照下式(2)计算：

Tp=T0+(Ta-T0)×(θ1+θ2+θ3+…+θn)

(2)

式中Tp为混凝土的浇筑温度,℃；T0为混凝土的拌和温度,℃；Ta为混凝土的环境温度,℃；θ1、θ2、θ3…θn为温度损失系数,按以下规定取用：

①混凝土装卸和运转,每次θ=0.032；

②混凝土运输时,θ=At,t为运输时间(min),A查建筑施工计算手册；

③浇筑过程中,θ=0.003t,t为浇筑时间(min)。

由式(2)可知,在温度损失系数一定的情况下,混凝土浇筑温度基本上取决于混凝土的拌和温度。

7 乐昌峡拦河坝大体积砼浇筑实例加冰量计算及效果分析

7.1 拦河坝坝体碾压混凝土C9010(三级配)的基本参数

1) 乐昌峡拦河坝工程混凝土配合比见表1所示。

表1 碾压混凝土C9010(三级配)配合比

2) 乐昌峡拦河坝工程混凝土浇筑时大气温度是时刻变化的,根据天气预报,可预测大气温度即环境温度；拦河坝大坝混凝土浇筑温度应控制在25 ℃才能满足设计要求。

3) 碾压混凝土C9010(三级配)材料温度及含水量参数：

水温度为25 ℃,粉煤灰温度为35 ℃,水泥为70 ℃,砂温度为31 ℃,碎石温度为31 ℃,冰的温度为0 ℃,砂中含水量为5%,碎石含水量为0。

4) 碾压混凝土C9010(三级配)其他参数

混凝土装料、转运、卸料各1次；汽车运输平均时间为10 min；平仓振捣混凝土平均时间为20 min。由于在每立方米混凝土中外加剂的用量很少,对混凝土温度的影响可以忽略不计。

7.2 拦河坝坝体碾压混凝土C9010(三级配)加冰量计算：

把本工程混凝土各参数代入式(1)中得到：

T0=(74 068.69-335×0.9×G冰+3 000)/2 538.07,T0=25,得到加冰量为45 kg。

通过式(2)可知为降低混凝土的出机温度,除采用骨料、水泥仓预冷、加冰拌和的方法,采取以下措施也十分有效的。

1) 选择合理的浇筑时间:混凝土的浇筑应选择在高温季节1 d中气温较低时进行。

2) 混凝土运输:混凝土采用罐车运输,通过调整拌和及浇筑的速度,尽量减少混凝土在罐车内的搅拌时间,避免罐车在阳光下直射。当外界温度较高或有较强阳光照射时,在罐车的储料斗上洒冷水降温。

7.3 效果分析

通过抽取温度计现场测量施工高峰期天气气温最高1 d的混凝土的实际浇筑温度作为高温典型温度,整理数据,得到实测浇筑温度,最终可得到混凝土的控制浇筑温度和实际浇筑温度的对比,见表2。

表2 施工高峰期高温天气1 d中实际浇筑温度与应控制浇筑温度对比

由表2可知,混凝土的时间浇筑温度与计划控制浇筑温度相差很小,证明了在不同的环境温度条件下,大体积碾压混凝土施工,通过在搅拌混凝土中加入冰屑,来降低混凝土的拌和温度,进而降混凝土的浇筑温度控制在混凝土计划浇筑温度范围内是可行的。

8 施工效果

乐昌峡拦河坝工程大体积碾压混凝土施工中,通过在搅拌混凝土中加入冰屑拌和,严格控制了混凝土出机口温度在25 ℃,在确保混凝土本身质量的同时满足了规范及设计要求的混凝土浇筑温度,保证了高温季节连续高强度不间断施工的混凝土质量,没有混凝土温度裂缝的产生,取得了很好的温控效果。

9 结语

通过乐昌峡拦河坝大体积碾压混凝土高温浇筑工程的实例证明,制备冰屑拌和混凝土的方法简单容易,可利用已有的拌和设备,是一种经济、便捷和节能的混凝土工程温控措施。

[1] 广东省水利电力勘测设计研究院. 广东省乐昌峡水利枢纽工程碾压混凝土重力坝温控施工技术要求[R].广州：广东省水利电力勘测设计研究院，2010.

[2] 水利水电工程施工手册编委会.水电水利工程施工手册混凝土工程(第三卷)[M]. 北京：中国电力出版社,2002．

(本文责任编辑 马克俊)

Application of Ice Precooling Construction Technology in the Lechangxia Project

LIU Li

(Guangdong No.2 Hydropower Engineering Bureau Co., Ltd，Guangzhou 511340，China)

To meet the requirements and ensure the concrete design temperature of RCC gravity dam of Lechang Gorge Dam Project in hot periods when needed continuous construction of concrete mass, and prevent cracks , it is proved by experts and the actual construction that pre-take ice cold extruder temperature control of concrete measures can control the temperature of the concrete construction, and achieved good effect of temperature.

high temperature；crack； temperature； ice cold

2016-07-13;

2016-09-25

刘利(1986),男,本科,工程师,从事水利工程施工技术管理工作。

TV544+.921

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1008-0112(2016)010-0046-03