NFX|某船闸温控仿真分析
【摘要】
以某船闸工程为例进行温控计算，同时建立有限元模型，验证温控计算。通过现场收集的温控数据，对温控的参数进行修改。结合温度控制标准，从原材料及水的温度、入仓温度、混凝土浇筑厚度等方面提出具体温控措施，可为其他类似工程提供参考。
【关键词】
船闸；混凝土温度；温控措施
1.工程概况
某船闸工程主要水工建筑物有闸首、闸室、导航墙、靠船墩、隔流堤及护坡等。其枢纽工程等别为二等，船闸属Ⅲ级船闸，船闸上、下闸首及闸室均为2级建筑物，上、下游导航墙及靠船墩为3级建筑物，临时建筑物为4级。
上闸首平面外轮廓尺寸为41.0 m×52.0 m，孔口宽23.2 m，净宽23.0 m，边墩宽度均为14.4 m，为整体式结构。上闸首底高程分别为▽12.82、▽12.32，上段顶高程均为▽43.12，下段顶高程均为▽39.82，门槛高程均为▽27.52。上闸首中间底板闸门前段为空箱式，底板中间设置两层空箱，闸门后段为实体式。空箱式底板高14.700 m，其中下底板厚2.0 m，空箱高度从下往上依次为4.0 m、5.2 m，空箱之间隔板厚1.0 m，顶部顶板厚1.5 m（门槛处为2.5 m）
2.船闸大体积混凝土温度裂缝控制原则
3.船闸闸室大体混凝土分层浇筑厚度控制
由表1可以看出，按当地7月份最高的施工期环境温度35℃，浇筑厚度不同，其混凝土内部温度不同。浇筑厚度4 m的闸室位于基础约束区，因其层厚较大，散热较慢，其混凝土内外温差超过15℃，不满足要求。其浇筑厚度2m、3m的满足温控要求。结合工程和模板安装等要求，减少搭接的施工缝，该船闸最终确定采用分层厚度为3 m的浇筑方案。
4.原材料出机口温度控制
选取当地气温最高月份（7月）作为计算月份，按最高气温35℃作为计算、现场实测水泥的温度为70℃，粉煤灰的温度为45℃。通过excel表格计算，计算出入仓温度对原材料温度影响。
（1）水温变化的影响。
计算条件：粗细骨料均采用自然状态温度，粉煤灰45℃，水泥70℃，水温是变量。通过excel表的公式反算，统计水温变化，其出机口温度的变化关系如图1所示。
结论：△To/△Tw=0.195，△To/△Tw为原材料出机口温度受水温影响的变化系数，即To每降低1℃，需降低水温5.12℃。
（2）水泥温度变化的影响。
计算条件：粗细骨料均采用自然状态温度，粉煤灰45℃，水温18℃，水泥温度是变量。其计算如图2所示。
结论：△To/△T水泥=0.073，△To/△T水泥为原材料出机口温度受水泥温度影响的变化系数，即To每降低1℃，需降低水泥温度13.77℃。
同理，通过不同计算条件，得出石子温度、砂子温度、粉煤灰对出机口温度的影响，整合混凝土出机口温度的各种材料，按影响程度大小的顺序如下：粗骨料、细骨料、水、水泥。具体影响程度见表2。
根据以上温度影响及现场实际生产要求，从技术和经济的综合因素考虑，本船闸大体积混凝土施工各种材料温度控制措施如下。砂石料。采取遮阳、喷雾等降温措施，保证砂石材料的温度控制在25~28℃。水。抽取地下水或某河深水区的水，水温控制在18℃左右。控制水泥和粉煤灰的入罐温度。
入罐温度如下。1~4月、11~12月，水泥温度控制在60℃以下，粉煤灰温度控制在40℃以下；10月份，水泥温度在70℃以下，粉煤灰温度控制在40℃以下。
6月，水泥温度控制在80℃以下，粉煤灰控制在50℃以下；5月，水泥温度控制在70℃以下，粉煤灰控制在50℃以下。7~8月，水泥95℃以下，粉煤灰60℃以下。不得超过控制值，否则不予进场；9月，水泥温度在80℃以下，粉煤灰在50℃以下；同时在水泥罐、粉煤灰罐设置罐体喷淋系统，使罐体降温，避免罐内的水泥和粉煤灰升温。
5.其他温控措施
5.1 配合比优化
根据水泥、粉煤灰、砂石骨料及其他原材料试验，进行混凝土配合比设计。在满足施工图纸要求的混凝土强度等级、抗渗等主要指标的前提下，根据现场施工工艺要求，优化混凝土施工配合比，最大限度地改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。混凝土施工配合比采用较小的坍落度（7 0~90 mm），水胶比为0.55，选择较小的砂率（约36%），尽量使用三级配碎石（如基础部位等），并增加粉煤灰掺量（约20%），同时掺入优质高效缓凝型的减水剂，进一步减少水泥等胶凝材料的用量，从而降低胶凝材料水化热升温和最高温度。
5.2 混凝土中掺入缓凝外加剂
闸室采用JB–ZSC高性能缓凝型减水剂，为聚羧酸类，减水率约26.5%，兼有缓凝功能，延长混凝土凝结时间，在使用前外加剂生产厂家已经根据工程采用的原材料及配合比进行了胶凝材料的相容性检验，并通过试验确定掺量为2%，凝结时间控制在120min以上。
5.3 浇筑现场布置喷雾系统
5.4 控制船闸分层浇筑时间和设置分缝要求
船闸大体积结构混凝土采用分层分块浇筑，层间间歇时间不大于7 d。混凝土分块按设计结构缝要求进行，对于闸室底板，设纵向齿型施工缝，将底板分成左、中、右3小块施工。尽量采用薄层、短间歇、均匀上升的浇筑方法，以利于自然散热。
6.闸室温控监测
6.1 上闸首温度测点布置和设备选择
从上闸首底板中心沿长边和短边布置，测点间距控制在4~5 m，每段边墩底板上预埋6个测温孔。测温孔在混凝土浇筑前将测温孔管或脚手钢管预先设置在底板内，高出板顶10 cm，并固定于底板筋上，上口临时用海绵封口，下口事先用钢板封口，防止混凝土浇筑时砂浆渗入钢管内。
6.2 上闸首监测结果
7.结论
（1）针对温控要求对原材料的温控进行控制（针对不同月份），同时收集现场实时监控混凝土入模温度及内部温度发展，采取现场入仓温控控制、浇筑完成后对其保湿养护措施等控制混凝土内部最高温度及内表温差。
（2）在船闸大体积混凝土施工过程中，施工约束区和非约束区的内部最高温度和内表温差均在温控标准范围内；混凝土表面未发现可见裂缝，达到了预期的温控效果。
参考文献
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