高炉基础施工中的大体积混凝土温度裂缝控制

焦续华 李 霞

目前大体积混凝土越来越多,但是因内外温差较大而产生温度裂缝问题还未完全解决。宁波建龙2 500 m3高炉基础为大体积混凝土,根据工程特点,运用温度控制理论,研究内外温差产生的原因,提出了施工防治措施,效果较好。

1 工程概况

本工程为宁波建龙1号2 500 m3高炉基础工程,本工程位于北仑港区。基础底部尺寸32 m×27.6 m,高6 m,底标高-4.175 m,顶标高1.825 m。高炉基础为钢筋混凝土基础,混凝土等级C30。按地震烈度6度设防,结构抗震设防为丙类,施工时间正值高温季节。

2 工程特点

本工程符合有关规定:“结构断面最小尺寸在0.8 m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土,称为大体积混凝土”,属于大体积混凝土,为整个工程建设的重点,高炉基础混凝土施工由于地基处理无法按施工方案预定工期进行,浇筑时正值7月高温季节,对混凝土入模温度及水化热释放降温都有很大影响。

3 高炉基础施工中的温度控制

该工程高炉基础混凝土的施工在7月中旬,日平均温度在25℃左右,混凝土最高温度的峰值一般出现在混凝土浇筑后的第三天,对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温温差要控制在25℃内,以免因温差和混凝土的收缩产生裂缝。我们对混凝土质量控制指标提出如下要求:1)采用水化热低的矿渣水泥;2)掺入适量的Ⅰ级粉煤灰;3)混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下,最大限度控制水灰比;4)为了提高泵送能力考虑加入HF泵送剂;5)掺UEA微膨胀剂,补偿混凝土的收缩。但由于水泥是甲方提供采用散装硅酸盐水泥,因此,不能满足以上1)条要求。这样对解决混凝土早期温度应力和后期收缩应力问题并控制混凝土裂缝的产生提出了更高的技术要求。对此采取了以下混凝土裂缝控制措施。

3.1 配合比设计

原材料:1)水泥:采用安徽海螺牌42.5普通硅酸盐水泥;2)石子:采用浙江宁波产碎石5 mm～31.5 mm连续级配碎石,含泥量小于0.5%;3)砂:采用浙江中粗宁波产淡化海砂,Mx=2.45～2.55,含泥量小于1%,氯离子含量的百分比计不超过0.06%;4)水:饮用水;5)粉煤灰:采用宁波北仑电厂Ⅰ级粉煤灰;6)外加剂:采用南京华迪合成材料厂HF泵送剂和UEA膨胀剂。

配合比:混凝土的配合比及其性能见表1(参考值)。

表1 混凝土配合比及其性能

3.2 混凝土浇筑工艺

现场设两台拖式泵,采用泵管和溜槽相结合的方式布料。混凝土采用阶梯式分层或斜面分层浇捣,分层厚度为400 mm～500 mm,每一层每一泵管由中间到两边呈S形路线浇筑并使混凝土表面形成一定的坡度,每层的浇筑长度控制在5 m左右,混凝土泌水由模板边缘自然排出。

每个浇灌带前后布置4台～5台插入式振动器,呈行列式全面振捣,使用插入式振捣器应快插慢拔,插点要均匀排列,逐点移动顺序进行,不得遗漏,做到均匀振实。严格控制振捣时间、振动点间距和插入深度。

每次灌注必须按规范留足强度试件。

混凝土在浇筑振捣过程中产生的大量泌水,采用足够数量的潜水泵或泥浆泵,及时排除并及时清除钢筋表面的碱和混凝土。

3.3 加强温控措施

为了保证混凝土质量,在基础中间部位处增加两层冷却水管,进行混凝土内部降温,其他养护、保温措施正常进行。本水管设置根据以前工程实际经验及查阅资料设置。

水管选用φ48钢管,壁厚为3.5 mm,平面设置成 S形,上下两平面由竖向直管连接,此两层管放置在钢筋支架上,如需要增加支架,根据现场实际情况确定。首层水管标高为-1.825 m,第二层水管标高为-0.175 m,每层水管边距基础边约为1 500 mm,管与管间距为1 m,1.5 m。

进水管同样选用φ48钢管与热风炉处水管相接,长度为60 m,在基础附近设球阀并设增压泵一台,以及流量计一台。

冷却水管安装时,要以钢筋骨架和支撑桁架固定牢靠,以防混凝土灌注时水管变形及脱落而发生堵水和漏水,并做通水试验。

每层循环水管被混凝土覆盖并振捣完毕,即可在该层水管内通水。循环冷却水的流量可控制在1.2 m3/h～1.5 m3/h,使进、出水的温差不大于6℃。循环冷却管排出的水在混凝土灌注未完之前,应立即排除围堰外,不得排至混凝土顶面。冷却水管使用完毕,需压注水泥浆封闭。

3.4 养护措施

根据水泥水化热及当时气候作出养护措施准备,依据实测结果调整养护措施。混凝土浇筑完毕后,混凝土表面即用塑料布覆盖,上覆草帘其厚度根据经验及实测结果确定。内表温差趋近于25℃时,增加草帘覆盖厚度,当混凝土内表温差小于25℃时,逐渐减少草帘覆盖厚度,控制降温速率小于1℃/d～1.5℃/d,当混凝土内外温差小于20℃,且相对稳定时即可停止监控,转入正常养护,并及时验收回填。

3.5 混凝土测温

采用专用半导体温度传感器,预埋于混凝土结构中,该传感器体积小、强度高、反应灵敏可靠,安装时选择有代表性截面,分别预埋于结构表面、中心等不同位置,其水平间距5 m,垂直距离1.5 m。数据采集采用GZ-60自动巡回测温仪集中监控,专人记录,每班3人,每天3班。测温时间:升温阶段4h,降温阶段6 h,保温层增减应根据测温结果确定。检测人员应随时将记录结果上报技术组分析处理,当发现异常情况应及时上报处理,记录人应确保数据准确可靠。

中间断面点实测结果见表2(此点记录为任意摘取其他测点混凝土表面和内部温差均未超过25℃)。

从表2中可以看出,实测数据表明内外温差没有超过极限值25℃,可见采取的措施得当,可以作为以后制定温控措施的依据。

表2 中间断面点实测结果

4 结语

大体积混凝土施工的关键是防止混凝土开裂,可以通过控制大体积混凝土水泥用量,选用低水化热水泥,掺加合适的外加剂,优化混凝土配合比,完善浇筑工艺,以及加强养护工作和温度检测工作等来完成。本工程由于运用了裂缝温度控制理论,找到影响裂缝的主要原因,采取了有效措施,本工程高炉基础大体积混凝土施工完毕后,经质检部门验收,未出现裂缝,施工质量优良。

[1] 叶琳昌,沈 义.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑出版社,1987.

[2] 徐仁祥.建筑施工手册(第 4册)[M].第3版.北京:中国建筑出版社,1997.