石化项目大型设备基础大体积混凝土裂缝防控措施

苏永强(中石化第五建设有限公司，广东 广州 510145)

0 引言

近几年，伴随着我国石化项目建设逐渐规模化与集约化，生产所用的大型机械设备基础建设工程的数量越来越多，结构也越来越复杂。由于在大体积混凝土的浇筑过程中，建筑机械的震动以及其他细节都极易导致混凝土出现裂缝现象，会直接严重影响到石化机械的运转稳定性产品的精度。所以，在石化项目大型设备基础的大体积混凝土施工过程中需要采取综合措施，来防控裂缝问题的出现。

1 石化项目大型设备基础大体积混凝土裂缝分类

在石化项目大型设备基础的建设中，极易产生的大体积混凝土裂缝主要分为温度裂缝和收缩裂缝这两种类型：

1.1 温度裂缝

通过对大量的实验和实际施工中产生的裂缝成因分析我们可以发现，有一半以上的混凝土裂缝是在混凝土内外温度不同时，也就是凝土结构内部的温度应力大于其抗拉强度或极限拉伸值时产生的。温度裂缝通常都发生在大体积混凝土形成的早期阶段，这些位于表面或是混凝土深层的细小裂缝会降低混凝土的防渗性和稳定性。

1.2 收缩裂缝

在石化项目大型设备基础的建设过程中，大体积混凝土收缩裂缝现象的产生原因主要有两种，一种是由于混凝土材料干燥收缩而产生的裂缝，另一种是由于塑性收缩而产生的裂缝。其中，第一种由干燥收缩现象导致的裂缝又可以分为干燥裂缝和自收缩裂缝。干燥裂缝通常发生在混凝土干燥成型时其，若此时期混凝土表面与内部的水分蒸发速度不同，其表面就会出现裂缝，如果前期没有及时维修，则极易发展为深层裂缝。自收缩裂缝则是在水泥的水化过程中由其自身特有的化学性质所引起的，具体来说就是水化作用导致混凝土内部形成细孔，当细孔聚集时所形成内部裂缝就是自收缩裂缝。第二种，由塑性收缩而产生的裂缝通常是由于受到高温、大风等外界影响而产生的，当混凝土外部的水分散失较快，其表面就容易产生龟裂，若不及时处理则会逐步向内部纵深发展，形成深层裂缝，从而影响混凝土的稳定性。

2 大体积混凝土裂缝成因

2.1 混凝土温度应力

石化项目大型设备基础的混凝土浇筑过程中，在放热升温阶段和冷却降温阶段都容易因为温度应力超过混凝土的自身抗拉强度而在其表面和内部产生裂缝。首先，放热升温阶段产生表面裂缝的过程为：在混凝土浇筑初期，水化热过程会快速释放出大量的热量，大体积混凝土由于其体积较大而横截面面积较小导致散热速度较慢，这样结构内部温度就会在短时间内快速升高30～50℃，甚至更高。而混凝土的表面一直处于外界环境中，与内部结构相比温度更易散发，导致混凝土的表面与内部产生较大温差，形成复杂温度场。内部的高温扩张力会使混凝土内部的压应力增大，当这个压应力超过外部的拉应力时，混凝土表面就会产生膨胀性裂缝。其次，冷却降温阶段产生内部裂缝的过程为：当水化释热过程结束后，混凝土开始逐渐降温成型。此时大体积混凝土内部温度开始快速下降，而外部由于处在温度相对稳定的环境中温度下降慢较慢，混凝土内部的低温收缩力导致拉内部结构应力增大，就容易在混凝土内部形成裂缝。

2.2 混凝土收缩

关于收缩裂缝，主要是指大体积混凝土由于局部体积发生微小变化而产生的裂缝，通常可分为干燥收缩和塑性收缩两种。首先，干燥收缩引起的大体积混凝土裂缝主要有干燥裂缝和自收缩裂缝，这两种裂缝都是由于混凝土中水分的消失不均衡而导致的。不同之处在于干燥裂缝的产生是由于混凝土养护工作结束后内外部硬化程度不同水分蒸发不平衡，产生的应力变化所导致的，而自收缩裂缝则主要是由于混凝土结构内部水分散失，混凝土体积发生细微变化，进而产生内部细孔所导致的。其次，导致收缩裂缝的塑性收缩主要发生在混凝土未凝固阶段，而引发塑性收缩裂缝出现的最主要的因素就是表面水分缺失。具体来说就是由于混凝土未凝结硬化时强度较小，所以我们通常将这个阶段称之为塑性阶段，这个阶段的水泥活性较大，且由于混凝土水化热反应温度较高，其溢出的水分会相对减少，这时如果有高温、大风等外部环境影响，水泥表面蒸发的水分无法得到补充就容易在混凝土表面产生不规则的龟裂。这种龟裂通常属于浅表性裂缝，但如果没有及时进行修复，对混凝土的防渗性也会产生一定影响。

3 石化项目大体积混凝土裂缝防控措施

由于在大型设备基础混凝土施工的实际操作中，导致裂缝的因素主要有温变、收缩、原材料质量这几类。因此在进行裂缝防控措施的制定工作上也应围绕这几个要素开展。

3.1 水泥的选用

由于在大体积混凝土裂缝的成因中，首要因素就因为混凝土在硬化的过程中有大量的水化热被释放从而导致混凝土内部的温度升高，内外的温差加大，混凝土表面受到内部结构约束而产生强烈的拉应力导致的。而且由于水泥的水化过程实际上是从熟料矿物转变为水化生成物的过程，转化期间混凝土收缩导致体积变小，所以水泥的使用量越大，因整体混凝土体积变化而导致的裂缝问题也会越多。所以，在大体积混凝土的施工过程中应首要选择水化热较低的水泥种类，同时尽可能的减少混凝土中水泥的使用量。一般来说，为了确保混凝土的强度，可以选择例如42.5R 的硅酸盐水泥等强度较高的水泥，并注意将其使用量控制在310～330kg/m3。

3.2 添加掺合料

在大体积混凝土施工中，如果单纯使用普通用水进行操作不仅会增加水泥的消耗量、加快混凝土干化收缩的速度，还会在一定程度上加剧水化热反应，更易导致混凝土裂缝问题的出现。所以，在实际施工过程中，我们可以通过增加减水剂等掺合料，来减少水的使用量，从而减少水化热的产生。另外，也可以通过在混凝土中加入少量的粉煤灰等混合材料来减少混凝土裂缝现象的产生。这些混合材料的加入不仅能够减少水泥的用量，而且由于粉煤灰颗粒成球状，可以起到润滑作用从而提高混凝土的可泵送性，降低混凝土的水化热。

3.3 混凝土浇筑温度的控制

针对石化项目大型设备基础大体积混凝土裂缝问题防控的混凝土浇筑温度控制主要指的是在冬季进行防冻害控制、夏季进行防曝晒控制。也就是说在空气温度较高的夏季，为了延缓混凝土温度提升的速度，将内外温差控制在合理区间范围内，需要在混凝土浇筑过程中对温度进行实时控制，同时也需要尽量降低入模温度，使其更加接近于大气温度。为了达到这个目的，可以在施工过程中将草制袋覆盖在泵车的水平输送管上来更好的隔绝太阳的辐射，同时也可以采取增加泵车数量的方式来加快浇筑时间。需要注意的是，在冬季温度较低时，需要将混凝土入模温度控制在5～15℃左右。

3.4 混凝土施工中的控制

为了有效避免石化项目大型设备基础大体积混凝土裂缝的产生，还需要在施工过程中针对坍落度、分层振动、排除泌水等相关细节进行控制选择适当的坍落度。首先，由于坍落度会直接影响到混凝土的单位使用量以及混凝土材料的温升速度。所以在施工活动实际操作保证不影响泵送速度的条件下，应选择适当的坍落度，一般在10～30cm 最为合适。其次，在分层振动的控制方面。实际施工中需要采用分层振动、依次推进的方法，同时将控制其坡度控制在合理区间。最后在排除泌水的控制方面。通常在大型设备基础的混凝土施过程工中，流动的混凝土会在浇筑过程中出现泌水现象。如果采用分层振动方法，那么泌水将会会沿着斜面流到坑底，再经过模板之间的缝隙或是通过预留的孔洞排出。需要注意的是，混凝土表层的水泥浆应该进行分散放置，并在施工过程中使用工具对其进行二次压实。

3.5 混凝土浇筑后的保温养护

针对石化项目大型设备基础混凝土浇筑后的保温养护工作来说，首先需要在冬季进行混凝土浇筑施工时，在其当达到预定标高时使用相应设备进行压实处理，并加盖一层塑料薄膜和两层草制袋。如果是在夏季进行混凝土施工，则也需要用塑料薄膜以及草制袋对材料进行覆盖，并及时进行的浇水养护。最后，在拆模之后不能使混凝土基础暴露在大气中，需要通过回填土的方式来对其进行保湿养护，预防由温差导致的裂缝问题产生。

3.6 裂缝及其他相关控制措施

关于石化项目大型设备基础大体积混凝土裂缝的其他防控措施主要有三个。首先，在进行大型设备的基础施工时，可以通过增设滑动模块部件来减少对于混凝土变形程度的约束，还可以在垫层的上方表面铺设一层油毡，再加盖一层沥青玛蹄脂来防止裂缝的产生。其次，为了避免水泥结构应力现象的集中发生，在针对断面突变问题进行处理时，需要通过加设钢筋的方式来达到控制钢筋的直径间距与结构底板的配筋一致的目的。最后，在石化项目大型设备基础大体积混凝土的变断面后转角以及孔洞位置，经常会出现由温度收缩导致的应力集中现象，致使混凝土裂缝问题出现。为了有效解决此问题可以选择在孔洞的边界设置护边角钢或者暗梁，通过易于产生裂缝的位置增大配筋来有效改善水泥结构的抗裂性。另外，还可以选择在转角处增设斜向的钢筋或者网片来有效减小应力集中现象所带来的危害。

4 结语

综上所述，由于石化项目中大型设备基础混凝土施工裂缝问题的成因通常较为复杂，所以为了彻底防控这项问题的产生，需要相关工作人员更加严谨的对待每个施工环节。根据研究与实践经验总结可得出，为了有效避免裂缝的出现，需要相关人员首先需要根据石化项目大型设备对于基础构造的具体要求来确定施工中的尺寸、静力载荷分布、扰力大小及方向、频率、偏心距等数值；另外，需要精准计算动力结构的最大承载能力，并不断调整相关施工工序直至符合标准。最后，特别需要注意的是，由于施工过程中通常都会有许多的不确定性因素，应尽量避免进行设计工作时不经过预算模拟就草率动工，这也会使我国行业相关混凝土裂缝问题的防控水平停留于半理论的阶段，不利于推动石油化工行业的发展。