汽輪發電機底板大體積混凝土施工工藝及裂縫控制

龍 平

摘要:文章通過工程實例分析了大體積混凝土施工裂縫產生的原因,并針對成因提出了有效的控制措施。施工要做到優化配合比,選用良好級配的骨料,嚴格控制砂石質量,降低水灰比,以降低混凝土最高溫升和內外溫差,從而降低混凝土溫度應力,控制大體積混凝土裂縫的產生。

關鍵詞:大體積混凝土;施工裂縫;成因;控制

云南華電鎮雄電廠新建2×600MW機組工程汽輪發電機基座底板平面尺寸為:44100mm×12260mm,厚度為3500mm,底標高為-8.0m。設計混凝土等級為C30,混凝土保護層厚度:底板下部為100mm,其余為40mm,混凝土量為1895m3,鋼筋總重量為312t,屬典型的大體積鋼筋混凝土結構。其主要特點是體積大,表面小,水泥水化熱釋放較集中,內部溫升較快。如果不能有效地采取降低混凝土內外溫差的技術措施,使其內外溫差小于20℃時,混凝土將會產生溫度裂縫,影響結構安全和正常使用,所以必須從根本上加以分析,采取措施來保證施工的質量。

1 大體積混凝土施工裂縫產生的原因

造成大體積混凝土施工裂縫的原因是復雜的,而且是綜合性的,主要有以下幾種:

由于溫差較大引起的,混凝土結構在硬化期間水泥放出大量水化熱,內部溫度不斷上升,使混凝土表面和內部溫差較大,砼內部膨脹高于外部,此時混凝土表面將受到很大的拉應力,而混凝土的早期抗拉強度很低,因而出現裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大,離開表面就很快減弱,因此裂縫只在接近表面的范圍內發生,表面層以下結構仍保持完整。

由結構溫差較大,受到外界的約束引起的,當大體積混凝土澆筑在約束地基(例如樁基)上時,又沒有采取特殊措施降低,放松或取消約束,或根本無法消除約束,易發生深進,直至貫穿的溫度裂縫。

混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土(特別是泵送大流態混凝土)施工中也是非常多的。混凝土澆筑成型后,養護工作不到位,沒有及時地進行表面履蓋,表面水份散失過快,導致混凝土內部與外部不均勻收縮。其表面干收縮大于其內部干收縮值。由于此干縮快慢差而形成的混凝土表面拉應力,也是混凝土產生裂縫的重要原因。主要表現在振搗不密實,沉實不足,或者骨料下沉,表層浮漿過多,混凝土澆筑后,沒有及時抹壓實(特別是初凝前的二次拌壓),且表面覆蓋不及時,受風吹日曬,表面水份散失快,產生干縮,混凝土早期強度又低,不能抵抗這種變形而導致開裂。

2 混凝土的配合比設計

水泥的選用:應盡量選用水化熱低、凝結時間長的水泥,優先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。

粗細骨料:粗骨料宜采用連續級配,細骨料應選用細度模數在2.7~3.1之間含泥量最低的中砂。大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下,應提高摻合料及骨料的含量,以降低單方混凝土的水泥用量。

減水劑:為滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發熱量的要求,宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。除加入減水劑外,有些混凝土還要根據需要加入其他外加劑,如引氣劑、膨脹劑、泵送劑等。

根據以上原則,結合工程實際情況,經多次試驗后確定了適宜的施工配合比為:Po42.5水泥300Kg、機制中砂914Kg、碎石981Kg、Ⅱ級粉煤灰74Kg、減水緩凝型外加劑4.96Kg。

3 混凝土的澆筑與振搗

澆筑方案,除應滿足每一處混凝土在初凝前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外,還應考慮結構大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響,常采用的方法有以下幾種:

全面分層。即在第一層全面澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,此時應使第一層混凝土還未初凝,如此逐層連續澆筑,直至完工為止。這種方案適用于結構平面尺寸不太大,施工時從短邊開始,沿長邊推進比較合適。

分段分層。混凝土澆筑時,先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數較多,所以澆筑到頂后,第一層末端的混凝土還未初凝,又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內要求供應的混凝土較少,結構物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

斜面分層。要求斜面坡度不大于1/3,適用于結構長度大大超過厚度3倍的情況。

依據本工程項目結構尺寸,混凝土澆筑方案選用斜面分層法進行澆筑,即從結構平面長方向的一端開始,逐漸向另一端推進上移。混凝土的振搗也要適應斜面分層澆筑工藝,采取在每個斜面層的上、下各布置一道振動器,中間每隔約6米布置一道振動器。上面的一道布置在混凝土卸料處,保證上部混凝土的搗實。下面一道振動器布置在近坡腳處,確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的向前推進,震動器也相應跟上。為保證混凝土澆筑振搗密實,每一澆筑層厚度應控制在500mm左右,澆筑層振搗按從坡腳處逐漸上移的程序進行振搗,且要求振動棒需插入下層混凝土約50mm。

4 混凝土的溫控措施

4.1 水泥水化熱溫升計算

混凝土升溫時間較短,根據工程實踐,一般在澆筑后的二至三天內,混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態,約束應力很低。當水化熱溫升至峰值后,水化熱能耗盡,繼續散熱引起溫度下降,隨著時間逐漸衰減。作為工程預控措施,經試驗選用低水化熱的P.O42.5水泥,并利用摻合料減少水泥單方用量。根據確定混凝土配合比,經計算水泥水化熱溫升和各齡期溫差值如下:

Tmax=CQ/c=(300×461)/(0.96×2450)=58.8℃

混凝土各齡期內外溫差:1d齡期:?駐T=9.3℃;3d齡期:?駐T=24.62℃;7d齡期:?駐T=34.13℃;15d齡期:?駐T=34.57℃

由以上計算可知,養護期內混凝土內外溫差最大為34.57℃,大于《混凝土結構工程施工及驗收規范》(GB50204-92)中關于大體積混凝土溫度內外溫差為20℃的規定,應采取措施降低混凝土內外溫差。

4.2 混凝土溫度裂縫措施

根據以往施工經驗,結合施工期(7至9月)當地氣象資料和實際情況,同時采取以下措施降低混凝土的內外溫差,控制其因溫度應力產生的裂縫問題。

采用內部降溫法降低混凝土內外溫差。內部降溫法是在混凝土內部預埋水管,通入冷卻水,降低混凝土內部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行,可有效控制因混凝土內外溫差而引起的混凝土開裂。鑒于汽輪發電機基座底板厚度大,采用三層DN25的普通焊管作冷卻循環水管來降低混凝土內部水化熱,并在冷卻循環水管上安裝測溫孔以觀察混凝土內部溫度的變化情況。每層使用一個進水口,即在冷卻循環水入口處設置三個進水口并安裝閥門,根據實測的混凝土內部溫度及時調整冷卻水的流量;必要時啟動增壓水泵增大冷卻水量和流速,以控制混凝土內外溫差小于20℃。

保溫法是在結構外露的混凝土表面以及模板外側覆蓋保溫材料。用兩層塑料薄膜加一層濕潤草袋覆蓋養護,以提高混凝土表面溫度。在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強度,以控制混凝土的內外溫差小于20℃。

4.3 混凝土測溫孔采用DN25的普通焊管,每個測溫點上安裝2根測溫管。長度按測溫深度進行埋設,且上下端封閉,待測溫時再開啟。測溫孔安裝結束后必須檢查溫管埋設是否安裝牢固,位置是否正確。測溫從開始澆筑后10小時開始測量,白天每隔2小時測量一次,夜晚每隔4小時測量一次,并做好每一次的測溫記錄

4.4 混凝土拆模時,混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

結語

大體積混凝土結構的施工技術與措施直接關系到混凝土結構的使用性能,通過采取以上方法來降低混凝土的水化熱產生的內外溫度差,大體積混凝土澆筑中出現的開裂問題得到有效的控制,經拆模后檢測:混凝土表面平整密實,未發現有表面裂紋現象,表觀質量得到好評。