某高炉基础工程大体积混凝土施工技术应用研究

顾春朵

(阿里巴巴(中国)网络技术有限公司，浙江 杭州 310052)

1 工程概况

上海宝钢集团浦钢搬迁罗泾工程的炼铁系统采用了COREX-3000熔融还原炼铁技术。其基础底板较其他高炉基础更为厚实，基础底板外线呈长方体(长约68 m、宽约32 m、厚3.95 m)。基础底板埋地深度5.5 m，混凝土量约为7900 m3。在基础底板中部-1.600 m以上设有正十二边形(每条边边长4260 mm)棱柱的炉底基础，标高为-1.600～+3.940 m，棱柱截面的内切圆直径为15.90 m，高为5.540 m，混凝土量约为1130 m3。两部分混凝土总量为9100 m3。本工程的底板基础混凝土的单次浇筑量和厚度都很大，为防止多种原因引起有害裂缝，必须用多种措施来保证混凝土施工的质量。

本工程的设计要求为：混凝土设计强度等级为C30，混凝土保护层底板底部为100 mm，其它面为40 mm。

2 大体积混凝土温控技术与裂缝控制探究

在超厚超大混凝土结构中，水泥硬化过程中产生的大量水化热将导致结构体内外有较大的温差和形变差，这是导致大体积混凝土结构产生有害裂缝的主因[1]。

对于本工程的超厚大体积混凝土浇注施工，主要从减少水化热和保温控温差两个方面进行重点控制，从而确保了混凝土结构的质量。

3 大体积混凝土施工的裂缝控制技术措施

大体积混凝土施工，主要从控制混凝土的早期升温及后期降温速率等几个方面保证施工质量，并相应落实以下几个方面的技术措施。

3.1 大体积混凝土原材料的质量控制

(1)要降低大体积混凝土施工中的水化热，首先应采取措施减少水泥用量，充分利用混凝土的后期强度。为此，在保证混凝土强度等级的前提下确定了施工用的配合比，如表1所示。

表1 混凝土配合比情况

(2)所有原材料必须符合现行国家标准及规范的规定。

(3)水泥应选用低水化热水泥品种，本工程选用了P.O32.5号普通硅酸盐水泥。

(4)粗细骨料选用，粗骨料选用5～25 mm的连续级配碎石，含泥量<0.7%；细骨料选用粗砂，含泥量<0.5%。

3.2 大体积混凝土施工措施

(1)混凝土供应情况。基础大体积混凝土的浇筑时间在冬季，施工前制定了周密的作业方案。根据施工工艺要求及混凝土供应能力计算，基础底板前两次浇筑施工中均安排了6台泵车、50辆搅拌车。

(2)混凝土浇捣施工方法。混凝土浇捣水平分层进行，每一层厚度在300 mm左右，可以避免混凝土内的冷缝。每台泵车配5台振动棒。上下层振捣搭接50～100 mm，每点振捣30 s左右。

(3)混凝土施工时间的控制。基础混凝土施工从11月中旬开始，气温在15 ℃左右。根据气温情况、养护等因素，混凝土的初凝时间预估为6 h。同时要求上下层混凝土施工间隔控制在2 h内，混凝土出厂后4 h内完成浇筑。

(4)混凝土质量过程控制。在混凝土浇筑过程中，安排专职试验员制作混凝土试块。同时要求检查坍落度情况，现场每30 m3测一次坍落度，并将信息及时通报搅拌站。

(5)混凝土的找平压光。找平压光工作在混凝土浇灌完毕以后马上进行。初凝后，在基础的侧面及顶面铺设保温养护材料，开始进行养护工作。

3.3 混凝土的温度监测和养护措施

(1)混凝土的温度监测。本工程采用电子测温仪器。温控测点布置：中心点至长边中点布置5列测点，每列测点沿厚度方向分别布置5个温控点。温度数据的采集：混凝土浇筑过程中测量每车混凝土的温度，浇筑完成后2 h收集一次测温读数，直至内外温度接近。

(2)混凝土温控监测技术措施。绝热温升及最高温升的计算：

其中：Tman为最高绝热温升， ℃；W为每立方混凝土的胶凝材料用量；Q为水泥28 d水化热，取334 kJ/kg；C为混凝土的比热，取0.97 kJ/kg·K；r为混凝土的密度，取2400 kg/m3。考虑到底板的散热条件，影响系数取0.85，则Tmax=0.85×59.3=50.4 ℃。根据记录，混凝土的入模温度在17～28 ℃之间，取21 ℃。则基础中心的最高温度为Tmax=21+50.4=71.4 ℃。第一次浇筑现场实际时间为11月12日上午9时开始至13日凌晨5时结束，共计20 h。如图1所示。

图1 混凝土浇筑时室外温度、入模温度、坍落度记录曲线

(2)混凝土的保温养护。本工程混凝土的内外温差控制要求在25 ℃，水泥用量253 kg/m3，混凝土入模温度为21 ℃，基础中心最高温度Tmax为71.4 ℃。

现场实际施工时依此数据，混凝土表面铺设二层薄膜和四层麻袋，以确保保温养护效果。

3.4 混凝土温度裂缝的产生

混凝土浇筑后的温升阶段，由于表面的散热条件远优于基础内部，若保温养护不到位会导致基础内外温差持续加大，从而引起温度应力增大，当温度应力高于混凝土的抗拉强度时，即产生温度裂缝。

本工程混凝土降温速率控制指标采用《块体基础大体积混凝土施工技术规程》(YBJ 224-1991)[2]的规定要求值(1～1.5 ℃/d)，通过控制混凝土表面的散热、降温速度，从而避免产生有害裂缝。

3.5 混凝土养护周期

依据混凝土温度监测数据、混凝土的抗拉强度，动态地调整混凝土结构的保温养护措施[3]。

经过长时间缓慢散热降温，当气温不低于+5 ℃且混凝土的最高温度与气温差<25 ℃时，即可拆除养护材料，此段时间可定为大体积混凝土的保温养护周期。本工程的实际保温养护周期为28 d。

4 测试成果分析与监控效果

基础共分四次陆续浇筑混凝土，每次浇筑后混凝土的养护均采取二层薄膜加四层麻袋的形式。基础混凝土温度监测曲线如图2所示。

图2 基础混凝土温度监测曲线

测试成果情况分析：在第2～4d间各测温点温度达到最高，均位于基础结构中部。第1～3d测温点温度较快，迅速达到峰值。随后各测温点陆续进入降温阶段。基础下部为土体，降温较慢。基础侧面对比中部降温速率相对较快，故基础四周的外面又增加了一层薄膜，防止麻袋中的空气层温度在寒风中消散太快的问题。

温控指标方面：各测温点升温的高点后，内外温差维持在20 ℃左右。测温工作结束前，先以混凝土早强试块的强度(R28=30 MPa)为参考指标，确认混凝土同期强度与承受温度应力差值为正值，同时后期增加十多天的延期养护期，稳定养护保温工作的成效。至温度监测结束经各方共同检查，基础上未见结构裂缝，基础表面裂纹也较少。这说明此大体积混凝土保温养护工作取得了很好的效果，各项技术措施有效、可行。

5 大体积混凝土施工分析

本工程大体积混凝土施工在采取一系列的技术措施之后，最终未有有害结构裂缝产生，为超厚大体积混凝土积累了一些施工经验。

5.1 混凝土原材料质量控制及配合比设计是重要的环节

(1)水泥水化热是混凝土温升的主因，所以避免大体积混凝土结构产生温度裂缝的关键是要采取措施减少水泥水化的发热总量。

(2)通过优化配合比减少水泥用量。

(3)粗细骨料的合理级配也可减少水泥的用量，进而减少水化热。

(4)其他如搅拌站生产混凝土时采用冰水、在基础内敷设降温管等主动降温手段也可采用。

5.2 施工过程控制措施要到位

坍落度是施工过程混凝土质量控制的重要参数[4]，过程应随时监控混凝土配合比的稳定性。

5.3 温度监测与养护要有保障

电子测温这种方式能迅速获取各测温点的温度数据，便于获取各测温点温度的变化趋势[5]。

大体积混凝土温升至最高温后，温度下降的快慢程度直接关系到大体积混凝土内部温度应力的变化。加强混凝土的保温养护措施，减小其降温速度是保证结构不开裂的关键。本工程采用1～1.5 ℃/d降温速率，对于超厚、形体长度为块形的基础来说切合实际。

6 结语

目前高、深、大的建筑日益增多，相应的问题也越来越多。而温度裂缝的控制不单是施工单位单方面的工作，需要设计单位、建设单位共同协调，仔细研究有关理论及规范。从设计初始各方就应密切配合，结合工程丰富的实操经验，在原材料、施工环境、温控措施、竖向施工段划分、浇筑施工等方面制定切实可行的全流程的作业方案并能切实落实，才能有效预防大体积混凝土有害裂缝的产生，确保工程施工质量。