沙钢北区1#高炉热风炉基础承台大体积砼防裂措施

杨志军

摘要：叙述沙钢北区1#高炉热风炉基础承台大体积砼的施工过程；从理论计算、施工方案、现场操作等各个关键环节入手进行温度的全方位控制，以达到防止大体积砼开裂的目的。

关键词：大体积砼、水化热、绝热温升、表面温度、中心温度、虚铺厚度

中图分类号： [TQ178] 文献标识码： A

沙钢工程1#高炉热风炉位于江苏省张家港市锦丰镇沙钢北区1#高炉区域内，基础承台平面尺寸为46.2×16m，厚3.4m ,砼强度等级C20，砼量为2513.3m3，施工采用一次性浇筑成型。

因大体积砼在硬化过程中，聚积的水化热很大，在砼内外散热不均匀以及受到内外约束的情况时，砼内部会产生较大的温度应力，将导致砼发生裂缝；因此，控制砼因水泥水化热引起的温升、防止砼出现有害裂缝是施工技术的关键；为此，我们从砼的原材料、配合比、搅拌、运输、浇筑及养护等各方面入手对砼的温升进行有效的控制，大大降低了砼的内外温差，有效的控制了裂缝的发生。

材料的控制

a 水泥采用低水化热的矿32.5水泥；使用前对其水化热进行了测定；7d水化热为224KJ/Kg，小于规范规定的250 KJ/Kg；

b细骨料选用江西的中粗砂，进行筛分及含泥量试验，控制其含泥量小于2%；

c 碎石采用江阴产的5—31.5mm的火成岩，不得含有石灰石、白云石等对温度不稳定的熔化点低的石料，粗骨料除符合现行标准外，其含泥量控制不大于1%。

配合比的选择

热风炉基础设计强度为C20砼，选用了60天的标养强度作为设计强度，使单位水泥用量降低；配合比设计在保证强度、耐久性及施工工艺的前提下，以符合减少水泥用量、降低砼绝热温升为原则，同时掺入Ⅱ级粉煤灰、高效减水剂等亲水性材料，降低水灰比，延缓和降低水化热的产生；通过选用不同掺合料及外加剂，进行了多次试验；优选采用如下C20砼配合比：

（每立方砼材料用量）

饮用水：165kg

32.5矿渣硅酸盐水泥：234kg（张家港海螺水泥）

中粗砂：792kg（江西）

碎石：1139 kg（江阴）

Ⅱ级粉煤灰：50 kg（张家港东莱电厂）

外加剂：2.9 kg（湖北建科NF-15缓凝保塑高效减水剂）

NF-15缓凝保塑高效减水剂主要成份是ß--萘磺酸盐甲醛缩合物，具有减水率高，保塑性好，缓凝效果显著等特点，能明显抑制水泥水化放热，延缓、削减温峰；同时能显著提高砼早期强度，增大后期强度，有效控制砼的干缩变型，性能符合大体积砼的技术要求；从使用结果来看，掺入NF-15缓凝保塑高效减水剂还能改善砼的和易性、可泵性、不离析及保水性，具有良好的使用效果。

砼搅拌过程中温度的控制

为降低砼的总温升，减少结构的内外温差，有效的控制出机温度及浇灌温度也很重要。

3.1出机温度的控制

砼出机温度与砼拌合温度密切相关；

而砼拌合温度Tc=∑TiWC/∑WC

Tc--------砼拌合温度（0C）

C---------砼组成材料的比热（J/kg.k）

Wc------砼组成材料的重量（Kg）

Ti--------砼组成材料的温度（0C）

因1m3砼中碎石所占重量最大，而水的比热大；所以，对出机温度影响最大的是石子及水的温度。

1#热风炉基础承台在10月初施工，日最高气温在28℃上下，为了进一步降低砼的出机温度，我们采用深井冷水冷却碎石温度；用水温在10℃左右的井水和搅拌站附近电缆沟内的地下水搅拌砼；同时，采用强制式搅拌机搅拌砼，缩短了砼的搅拌时间，减少了材料与搅拌机叶片产生的磨擦热；通过实测，砼的出机温度在22℃左右，入模温度较低，有效的降低了砼的总温升。

3.2浇筑温度的控制

施工中我们派专人指挥砼的运输及下料；尽量缩短砼的运输时间及卸料时间，并尽量减少泵送砼的数量；沿长边方向在基坑两边修筑土台，尽量采用溜槽进行浇筑，以增大浇筑速度；同时，也减小了砼的塌落度及水灰比，降低了砼的入模温度，避开了砼因泵送时与泵管产生磨擦而产生的热量；施工中有95%以上的砼采用了溜槽下料；通过以上措施，有效的降低了砼的浇筑温度；现场测定砼的浇筑温度在22℃上下。

大体积砼的浇筑

4.1浇筑方法：

浇筑时按台阶沿长边方向进行推移式连续浇筑，分6个台阶，其中自下而上5个台阶为层厚600mm，最后一层为400mm，每个台阶推进1.2m，每次共推进7.2m；沿46.2米方向每边均匀布设8个溜槽，对称均匀下料，此种浇筑方法有效的提高了砼的浇筑速度，保证了上、下层砼浇筑时间不超过砼的初凝时间，有效的防止了冷缝的出现。

砼实际浇灌强度为33m3/h；，用3台砼运输车输送砼，共用76小时，顺利的完成了砼的浇筑。

4.2振捣

采用每层前方下料、后方振捣同时进行；严格控制振捣方法、时间、移动间距及插入深度；作到每层砼摊铺完同时也振捣完，以减少上、下层砼的时间间隔，加快浇筑速度。

4.3表面的处理

因砼表面浮浆较厚，在浇筑完2---4小时左右，初步按标高用长

刮尺进行刮平，然后用木搓反复措压数遍，使其表面密实；个别微裂位置在终凝前再搓一道；这样较好的控制了砼表面的龟裂，又减少了砼表面泌水的散发，促进了砼的养护。

4.4养护

为防止内外温差过大，造成因温度应力大于同期砼抗拉强度而产生裂缝，养护工作尤为重要；施工中我们采取的是保温、保湿养护；先在砼表面覆盖一层塑料薄膜，覆盖前砼表面先用温水充分润湿，覆盖时间以砼初凝为宜，薄膜要尽量密封，尽量不要翻动，以免水份蒸发；然后在薄膜上覆盖一层2cm厚的草袋进行保温；通过14d的养护，砼质量良好，表面光滑、密实，达到了规范的要求。

4.5存在的不足：因未对上涌的泌水及时进行处理，使砼上表面局部位置在砼终凝后出现了起皮现象。

砼的测温

5.1测温前砼内外温差的预测

C20砼配合比及现场材料温度为：

水泥与粉煤灰：284kg/m3,250c；水165kg/m3，100c；碎石1139kg/m3，350c；砂792 kg/m3，250c；日最低气温120c；日平均气温18.50c；砼搅拌棚温度250c；

水泥水化热：3d,182KJ/Kg；7d，224KJ/Kg;

材料比热值c：水泥0.84KJ/kg.k，水4.2KJ/kg.k，砂0.84KJ/kg.k，

石子0.84KJ/kg.k

a砼拌合温度：

Tc=（284×25×0.84+165×10×4.2+792×25×0.84+1139×35×0.84）/（284×0.84+165×4.2+792×0.84+1139×0.84）=24.70c

b砼出罐温度：Ti=∑Tc-0.16(Tc –Td)

Ti--------砼出罐温度（0C）

Tc--------砼拌合温度（0C）

Td--------砼搅拌棚温度（0C）

Ti=24.7-0.16×（24.7-25）=24.750C

c砼浇筑温度：Tj= Tc+( Tq-Tc)(A1+A2+…An)

Tj--------砼浇筑温度（0C）

Tc--------砼拌合温度（0C）

Tq--------室外平均气度（0C）

A1、A2…An------温度损失系数（砼装卸，共三次A1=0.032×3=0.096；砼运输时A=Q*§，§为运输时间取20min，Q为热损失值取0.0042，A2=0.0042×20=0.084；浇筑时A=0.003*§，§为浇筑时间取30min，A3=0.003×30=0.09）

Tj=24.7+（18.5-24.7）×（0.096+0.084+0.09）=230C

d砼绝热温升：Tt=Th(1 –e-mt)

Tt-------在t龄期时砼绝热温升（0C）

Th-------砼的最终绝热温升（0C）

m------系数，取0.397；

t-------砼的龄期（d），e-----常数，取2.718；

Th=WQ/CP

W----水泥用量（kg/m3）

Q----水泥水化热（KJ/kg）,3d ,182KJ/Kg；7d，224KJ/Kg;；

C-----砼的比热，取0.97 KJ/kg*k

P-----砼的密度，取2400kg/m3；

3天：Th=284×182/（0.97×2400）=22.20C

Tt=22.2×（1-2.718-0.4×3）=15.510C

7天：Th=284×224/（0.97×2400）=27.30C

Tt=27.4×（1-2.718-0.4×7）=25.60C

e砼内部实际最高温度：Tmax=Tj+ Tt ק

Tmax------砼内部实际最高温度（0C）

Tj---------砼的浇筑温度（0C）

Tt---------t龄期时砼的绝热温升（0C）

§--------不同浇筑厚度、不同龄期时的降温系数，h=3.4m, 3 d时§取0.704，7d时§取0.694；

3 dTmax=23+15.51×0.704=340C

7 dTmax=23+25.6×0.694=40.80C、

基础砼中心温度为：（不考虑散热情况下）

3 dTmax=23+15.51=38.510C

7 dTmax=23+25.6=48.60C

砼内部最高温度与外界平均气温之差为：48.6℃-18.5℃=30.1℃，为防止降温速度过快和气温的突降，砼浇筑后采取了保温措施；

f砼表面温度

采用组合钢模板，用厚2cm草袋及0.8mm的塑料薄膜进行养护，大气温度25℃,日最低温度12℃；

Tb(r)=Tq+4h(H-h)⊿T(t)/H2

Tb(r)-----------龄期t时，砼的表面温度（℃）

Tq------------龄期t时，大气的平均温度（℃）

H------------砼的计算厚度（m），H=h+2h，h为砼厚取3.4m；

h-----------砼的虚铺厚度（m）,h=Kλ/β

λ---------砼的导热系数，取2.33W/m.k

K---------计算折减系数，取0.666

β----------模板及保温层的传热系数（W/m2.k）

β=1/（∑δi/λi+1/βq）

δi-----------各种保温材料的厚度（m），草袋为0.02m;

λi------------各种保温材料的导热系数(W/m.k), 草袋为0.14 W/m.k；薄膜为0.047 W/m.k；

βq--------- 空气层传热系数，取23w/m2.k

⊿T(t)---------- 龄期t时，砼内最高温度与外界气温之差（℃），⊿T(t)=Tmax-Tq；

砼的虚铺厚度

β=1/（0.02/0.14+0.0008/0.047+1/23）=4.9m

h=0.666×2.33/2.9=0.317m

砼的计算厚度：H=3.4+2×0.317=4.034m

龄期3d时，砼内最高温度与外界平均气温之差⊿T(t)=34-18.5=15.5℃；龄期7d时，砼内最高温度与外界平均气温之差⊿T(t)=40.8-18.5=22.3℃；

(3)砼的表面温度：

3d,Tb(r)=18.5+4×0.317×（4.034-0.317）×15.5/4.0342=23℃

7d,Tb(r)=18.5+4×0.317×（4.034-0.317）×22.3/4.0342=25℃

计算结论：砼中的最高温度与表面温度之差（Tmax-Tb(r)），3d为38.5-23=15.5℃, 7d为48.7-25=24.7℃与≤25℃的规定相符；表面温度与大气最低温度之差（Tb(r)-Tq）3d为11℃，7d为13℃未超过25℃的规定；

5.2砼浇筑后温度的测控

a测温方法

测温管采用φ48×3.5的钢管制作，每个测点按上、中、下布设三根长度各异的测温管，内部灌适量的清水，用水银温度计在每个测点进行测温；砼表面温度以砼外表以下50mm为准，砼中心温度以基础沿厚度方向1700mm处为准，砼底面温度以砼底面以上50mm为准；(见图一)

b温度监控

砼测温有专人负责，从砼浇筑完6小时开始，每2小时测一次；当发现中心温度与表面温度接近极限值25℃时立即采取加强保温

的措施，从而减少温差，保证质量；测温结束时间以砼温度下降且内外温差在表面养护结束不超过20℃时为准。

c测量结果要立即进行处理，计算温差值的大小，同时要注意温度的变化；现以4号点为例，其温度变化见附下图；4号点砼的中心最高温度为：52℃，降值出现在浇筑后的第6天；在同一天上表面最高温度为40℃，内外最大温差为12℃；

施工总结

由本工程施工可知，控制温度裂缝的重点是根据工程的具体情况选择最佳、合理、实用的施工方案；并以此为前提，通过控制大体积砼的水泥用量、选用低水化热水泥、掺加合适的外加剂、优化砼的配合比、完善浇筑工艺以及选择合理的养护方法等手段加强温度的控制工作，以降低砼的温升。

总之，面对日益广泛的大体积砼工程，我们要不断的完善技术措施，积累施工经验，使大体积砼的施工逐步走向成熟之路。