超大体积砼施工温度裂缝控制

2012-12-23孙刚雄

石油化工建设 2012年3期

关键词：筒仓搅拌站测温

孙刚雄

中国十五冶金建设集团有限公司湖北黄石 435000

超大体积砼施工温度裂缝控制

孙刚雄

中国十五冶金建设集团有限公司湖北黄石 435000

结合石家庄裕华热电有限公司一期工程储煤筒仓基础底板超大体积砼施工案例，全面分析总结了超大体积砼施工中裂缝控制技术。

超大体积砼施工裂缝控制

大体积砼施工采取各种措施和方法，将裂缝控制在规范要求的范围内，使其不致发展成有害裂缝，这是施工控制的难点。最容易形成有害裂缝的就是砼结构变形应力引起的裂缝，它主要是由温度变化引起结构收缩、膨胀、不均匀沉降等因素造成的，结构体积越大就越难控制。根据笔者多年的经验，只要将产生的原因分析清楚，采取有效措施，裂缝是完全可控的。

1 工程概况

石家庄裕华热电有限公司一期工程C标段储煤筒仓由1#和2# 筒仓组成，单个筒仓储煤量为3万t；两个筒仓在基础部分设置30mm宽的施工缝，用橡胶止水带相连。该基础底板砼在2007年12月份浇筑，施工时平均气温为-5℃～+5℃。

筒仓基础底板砼强度等级为C30，砼保护层基础底面为100mm，基础其余三面40mm。厚度为3.2m，埋深为-6.7m～-3.5m；基础底板宽50m，总长95.5m，两端均采用半径为25m的半圆相接，其中2#筒仓在圆弧端部设置接5.5m长，14m宽的突出，基础底板砼量为13060m3，基础底板钢筋1700t。

2 施工方法选择

大体积砼基础的整体性要求高，要求砼连续浇筑。施工工艺上应做到分层浇筑、分层捣实，必须保证上下层砼在初凝之前结合好，不致形成施工缝。为保证施工质量，大体积砼浇筑方法一般可分为全面分层、分段分层、斜面分层3种方式。在特殊情况下，还需增设后浇带，将整块大体积砼分成两块或若干块浇筑，以减少砼的连续浇筑工程量。实际施工过程中，如何选取合适的施工方法，则必须通过热工计算来确定。

2.1 温差计算

筒仓基础底板大体积砼采用掺粉煤灰和减水剂的双掺技术。根据现场已有的C30砼配合比资料进行砼热工计算；实际配合比确定后，再根据此方法进行校核确认。

C30砼配合比（kg）为：380：765：1050：50：12.9（32.5级矿渣硅酸盐水泥：黄砂：碎石：粉煤灰：外加剂）。

由于筒仓基础底板砼施工在12月份，砼入模温度考虑定为10℃。

砼最终绝热温升（℃）

式中：Tt—砼浇筑一段时间t，砼的绝热温升值（℃）；

mc—每立方米砼水泥用量（kg/m3）；

Q—水泥水化热量（J/kg）；

C—砼的比热，取 0.96（J/kg·k）；

ρ—砼的质量密度，取2400kg/m3；

e—常数，为 2.718；

（1）砼龄期（t）时的绝热温升值（℃）

m—与水泥品种、浇捣时温度有关的经验系数，取0.318；

t—砼浇筑后至计算时的天数（d）。

(2)砼龄期t时的内部实际最高温度（Tj=10℃，降温系数ζ查表取ζ=0.692）

(3)砼龄期t时的表面温度

式中Tq—龄期t时，大气平均温度，工程所在地12月份取Tq=0℃；

H—砼的计算厚度（m），H=h+2h’=3.2+2×1.23=5.66m；

h—砼的实际厚度3.2m；

h’—砼的虚厚度。

式中:λ—砼的导热系数，取2.33W/m·κ;

κ—计算折算系数，取0.667;

β—模板及导流层的传热系数.

式中：δi—各种保温材料的厚度（m）；

λi—各种保温材料的导热系数；

βq—空气层传热系数取23W/m2·K。

△Tt—龄期t时，砼内部最高温度与外界气温之差

△Tt=Tmax(t)-Tq=55-0=55℃

其中考虑现场的不确定因素和结构安全性Tmax(t)取55℃

（3）砼表面温度Tb（t）与砼内部最高温度Tmax(t)的温差计算

其中考虑现场的不确定因素和结构安全性Tmax(t)取55℃

根据上述温度计算，采取保温措施后砼表面温度Tb（t）与砼内部最高温度Tmax(t)均未超过规范规定的25℃温差。

2.2 砼温度应力计算

（1）各龄期砼收缩变形值计算

式中：ξy(t)—各龄期（d）砼的收缩变形；

ξy0—砼在标准条件下的极限收缩值，取3.24×10-4/℃。

考虑砼收缩变形不同条件影响后的修正系数

M1=1.25（矿渣水泥）；M5=1.45（水泥浆量 30%）；M6=0.93（14t）；M7=0.7（相对湿度 80%）；M8=1.4（L/A=0.6）；M10=0.9（配筋率 0.033）；M2（水泥细度）、M3（骨料）、M4（水灰比 0.4）、M9（机械振捣）均取1.0。

（2）各龄期砼收缩当量温差计算

根据应力计算，其值均未超过砼的抗拉强度值，故筒仓基础大体积砼采用普通蓄热保温法施工，不会出现温度裂缝。

3 施工过程

3.1 施工准备

（1）施工用水、电已预先引接到位，保证线路畅通，并备用一条电源线路及一台发电机，防止主线路出现故障影响生产。

（2）砼运输道路按事先提供的线路图实行交通管制，设专人协调，在底板砼浇筑期间设立通行警戒等标志，确保筒仓基础底板砼运输的畅通。

（3）现场搅拌站生产所需的砂石料、外加剂等材料在砼开盘前一次备足，所有水泥罐、粉煤灰罐储满，并提前落实货源，保证按生产需要连续供应。

（4）提前对商品砼搅拌站的原材料准备、供应能力、产品质量等资源配置情况及其备用搅拌站情况进行考察，与商品砼搅拌站签订协议，约定砼浇筑期间只允许供应本项目砼，不得另行承接其他业务，并要求在浇筑期间搅拌站派负责人及质检人员进驻现场，确保连续供应和产品质量。

（5）根据该工程施工时的气候条件，提前准备好拌和水加热所需的锅炉及燃料，以及砼养护所需的棉毡、薄膜等养护材料。

（6）对所有进场施工机械进行维护检查，试运转，使其处于良好的工作状态。

（7）作业现场准备好足够的照明灯具保障夜间照明。

3.2 作业程序

筒仓基础底板分1#、2#两个部分单独施工。先浇筑1＃筒仓基础底板砼，后浇筑2＃筒仓基础底板砼。

3.3 砼的搅拌及运输

砼采用施工现场的1座搅拌楼及外部商品砼搅拌站的2座搅拌楼分别集中搅拌、供料，其中施工现场搅拌楼生产能力为75m3/h，外部商品砼搅拌站的2座搅拌楼生产能力为150m3/h。

搅拌站均设置蒸汽锅炉，确保砼入模温度在5～10℃，浇筑时采用电子测温仪对砼拌和温度及入模温度进行监测，当拌和温度低于10℃及入模温度低于5℃时采取对拌和水进行加热的措施，具体计算方法如下。

3.3.1 砼拌和温度及入模温度计算

（1）砼拌和温度计算

式中：T1－砼拌和物温度（℃）；

mw、mce、msa、mg－水、水泥、砂、石的用量（kg）；

Tw、Tce、Tsa、Tg－水、水泥、砂、石的温度（℃）；

wsa、wg－砂、石的含水率（%）；

c1、c2－水的比热容[KJ/(kg.K)]及冰的熔解热(kJ/kg）。

（2）砼入模温度计算

式中：T1—砼拌和温度（出机温度）；

T2—砼入模温度，根据冬期施工要求，入模温度不得低于 5℃；

tt—砼运输时间，运距500m内,按6min考虑；

n—砼转运次数，取n=3；

Ta—砼运输时环境温度，按实际温度；

α—温度损失系数（h－1），取 α＝0.25。

浇筑时实际配合比、实际环境温度及测得各种拌和材料实际温度的代入上述公式，即可求得拌和温度及入模温度，如不能满足拌和温度在10℃以上及入模温度在5℃以上，则对拌和水进行加热。

3.3.2 搅拌

严格按配合比进行配料，外加剂随水加入，搅拌时间不少于120s。

3.3.3 砼运输

采用砼搅拌车运输，其中现场搅拌站采用3台搅拌车（6m3）运输，每小时共计可运输7车次计，共42m3/h；商品砼站采用16台搅拌车（9m3）运输，每小时共计可运输12车计，共108m3/h；砼供应能力总计可达150m3/h，满足施工需要。外部商品砼应合理安排生产速度及运输车辆，即要保证砼的连续供应，又不能有过多车辆停在现场等待卸料，防止砼搅拌出机到浇筑下料的间隔时间过长，以现场3台车卸料的同时等待车辆不超过3台车为宜。

3.4 砼浇筑

为保证砼不出现有害裂缝，砼浇筑采用斜面分层法。从1＃、2＃筒仓基础底板中间的伸缩缝处开始，以一斜面分层逐渐向另一端浇筑，直至浇筑完成。砼浇筑面堆积坡角根据施工经验及筒仓基础底板的配筋情况按1:7考虑，上、下层砼浇筑间隔时间不超过4h，每层浇筑高度控制在40cm，则4h需用砼量为：0.4×50×3.2/Sin8=460m3，即每个小时需要浇筑约115m3砼，采用2台汽车输送泵车再配合相应的罐车即可满足要求。因考虑到本项目的特殊性和现场的各种不确定因素，现场实际采用3台汽车输送泵车同时进行砼输送下料，另外现场停放一台47m汽车泵作为备用。

砼浇筑前清理、检查模板内的杂物，模板浇水湿润。浇筑时派人监护模板及钢筋骨架稳定情况，发现异常及时进行加固处理。

砼分层连续布料浇筑、分层振捣，且在下层砼初凝前浇筑上层砼，两层砼浇筑时间不超过4h，并在浇筑过程中及时排出泌水。砼振捣采用Φ50插入式振动棒，振捣上层时，必须插入下层50～100mm，振捣时间以砼表面泛水泥砂浆、砼不显著下沉、表面无气泡冒出为准。其移动间距不大于作用半径的1.5倍(400～500mm),快插慢拨，每一振点的振捣时间为20～30s，严禁漏振和过振。振捣时配备采用12台振动棒同时振捣，每台棒平均每小时可振捣30m2。

砼运输过程中，应始终保持处于匀速搅拌状态，运至浇筑地点后，放料前应在运输车内快速搅拌30s，再泵送入模。在浇筑过程中，如发现砼拌合物的均匀性和稠度发生较大的变化，应及时处理。

砼的浇筑、振捣过程中，上涌的泌水和浮浆顺砼坡面下流到坑底，应及时将泌水排出基坑。对因振捣和分层造成表面及部分区域砼石子含量偏少的情况，可增撒5～10mm细石，以提高砼质量，减少表面裂缝。

砼振捣密实后，表面应以木抹子搓平。基础底板面砼在初凝前进行两遍压光，底板面砼在初凝后，尚应加强二次压光，以防表面收缩微裂缝的产生。

在砼浇筑过程中，按规范要求在浇筑地点取样留置标养试件和同条件养护试件，标养试件每浇筑200m3留置一组，同条件试件每浇筑1000m3留置一组。

3.5 砼养护、测温及拆模

采用电子测温仪测量温度，在每个筒仓基础底板内埋设10组测温点，每个点布置三根测温线，距垫层距离分别为0.30m、1.6m、3.0m，分别反映基础底部、中部、表面温度。在基础底板内依靠温度钢筋预埋温度线，用扎丝扎牢，注意探头应与温度钢筋隔开。测点的布置（见图2）。

砼顶面浇筑完后，先用塑料薄膜进行覆盖养护，上覆三层棉毡进行保温养护。

测温次数：每个测温点处砼浇筑完毕后2h开始进行测温。在砼内部温度上升阶段（一般1～3d内）每2h一次，稳定期（一般3～8d）每4h测温一次，末期每天测温两次。监测至温差稳定在规范允许的范围内停止监测。

砼测温若发现温差高于25℃，立即加密测温次数与时间,在原有棉毡保温层基础上增加保温厚度。确保砼内外温差以及砼表面与大气温度的差异在规范允许范围内。

砼终凝达到一定强度时（一般2天后）即拆除部分模板支撑，将基础侧模外表面覆盖的双层麻袋（搭接），外面用塑料薄膜包裹密实。

4 施工效果

1# 筒仓基础底板从12月18日10：30开盘至12月20日16：46收盘，历时54小时16秒，平均浇筑速度约为116m3/h；2# 筒仓基础底板从12月24日09：00开盘至12月26日17：10收盘，历时56h10s，平均浇筑速度约为120m3/h。因砼连续浇筑时间较长，项目部配备了足够的人力倒班作业。砼拆模后内实外光、棱角分明、无肉眼可见的温度裂缝和结构裂缝，各项指标符合规范要求。