汽輪機(jī)基礎(chǔ)大體積混凝土的溫度與裂縫控制

柯松山

新疆石河子天富2×125 MW南熱電廠位于瑪河西岸,南側(cè)緊鄰天山山脈,夏季炎熱干燥,晝夜溫度差最高達(dá)22℃。南熱電主廠房工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu),建筑面積32 017 m2。汽輪機(jī)基礎(chǔ)底板長22.7 m,寬7.49 m,高2 m,底板混凝土強(qiáng)度等級為C30,采用商品混凝土,骨料級配為二級配,混凝土澆筑總量為340 m3,屬大體積混凝土。由于汽輪機(jī)基礎(chǔ)屬于重要結(jié)構(gòu),要求底板混凝土一次連續(xù)澆筑,不能留置施工縫。汽輪機(jī)基礎(chǔ)施工時間為2006年5月20日～25日,正處在夏季,在采取了一系列溫控措施后,汽輪機(jī)基礎(chǔ)混凝土未出現(xiàn)裂縫及其他缺陷,取得了較好的效果,保證了大體積混凝土工程質(zhì)量。

裂縫形成的原因可分為兩類:1)結(jié)構(gòu)裂縫,是由外部荷載引起的,包括結(jié)構(gòu)計(jì)算中的主要應(yīng)力以及次應(yīng)力造成的受力裂縫;2)材料型裂縫,是由非結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力引起的,主要是由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫。

1.1 溫度裂縫

1 裂縫形成的原因

溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因是混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。大體積混凝土由于水泥水化過程中產(chǎn)生的水化熱累積,澆筑后3 d～4 d內(nèi)混凝土內(nèi)部溫度急劇上升引起混凝土膨脹變形,混凝土內(nèi)部應(yīng)力表現(xiàn)為壓應(yīng)力,此時混凝土的彈性模量很小,由于溫度變化引起的受基礎(chǔ)約束的混凝土膨脹變形產(chǎn)生的壓應(yīng)力仍舊很小。溫度降低峰值過后,混凝土由升溫期轉(zhuǎn)至降溫期,混凝土開始收縮,內(nèi)部應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力。此時混凝土的彈性模量較大,降溫引起的受基礎(chǔ)約束的收縮變形會產(chǎn)生相當(dāng)大的拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土同齡期的抗拉強(qiáng)度時,就會產(chǎn)生溫度裂縫,對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的危害。此外,在混凝土內(nèi)部溫度較高時,外部環(huán)境溫度較低或氣溫驟降期間,內(nèi)外溫差過大在混凝土表面也會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)表面裂縫。

1.2 收縮裂縫

1)干燥收縮。干燥裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時間內(nèi)或混凝土澆筑完畢后的1周左右。干縮裂縫產(chǎn)生的主要原因:混凝土受外部條件影響,表面水分損失過快,變形較大,內(nèi)部混凝土變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束,產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度較低,水泥漿體干縮越大,干縮裂縫越易產(chǎn)生。混凝土干縮主要與混凝土水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性質(zhì)及用量、外加劑用量有關(guān)。2)塑性收縮。塑性收縮是混凝土終凝前,表面因失水過快而產(chǎn)生的收縮,一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對溫度等。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

由于水泥用量直接影響到混凝土的水化熱溫升,所以混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則是在滿足混凝土施工要求的基礎(chǔ)下盡量降低水泥用量,控制水化熱溫升。利用雙摻技術(shù),以粉煤灰取代部分水泥,可以降低混凝土的水化熱溫升,有效地防止溫度裂縫。通過大量的試驗(yàn)優(yōu)選出混凝土配合比,如表1所示。

表1 混凝土配合比 kg/m3

1)水泥:C30混凝土采用屯河水泥廠生產(chǎn)的“屯河牌”32.5R級礦渣硅酸鹽水泥。2)粉煤灰:采用Ⅰ級粉煤灰,質(zhì)量符合GBJ 146粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和JGJ 28粉煤灰在混凝土和砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。3)砂:采用瑪河河砂,細(xì)度模數(shù)2.71,含泥量小于2%,其化學(xué)指標(biāo)符合規(guī)范規(guī)定,屬中粗砂。4)石:采用瑪河卵石,級配優(yōu)良,粒徑0.5 mm～40 mm,各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。5)外加劑:采用FDN高效減水劑。6)拌合用水采用自來水。

3 溫控措施及現(xiàn)場溫控

3.1 混凝土分層

根據(jù)計(jì)算并考慮實(shí)際施工方便,汽輪機(jī)基礎(chǔ)C30混凝土分4層澆筑,每層澆筑厚度為500 mm。

3.2 混凝土的澆筑溫度

本工程采用商品混凝土,通過測量混凝土的出罐溫度估算出澆筑溫度,由于澆筑過程處于氣溫較高季節(jié),運(yùn)輸混凝土的攪拌車必須采取覆蓋、灑水等措施,盡量降低混凝土的澆筑溫度。

3.3 通水冷卻

1)水管布置。根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度分布特征,在距汽輪機(jī)底板混凝土上表面600 mm和下表面400 mm的位置設(shè)置上下兩層冷卻水管,冷卻水管為直徑30 mm的薄壁鋼管,其水平間距為900 mm,冷卻水管距其余混凝土面不大于900 mm,冷卻水管進(jìn)出水口集中設(shè)置。2)冷卻水管使用及其控制。冷卻水管使用前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn),防止管道漏水、阻水。混凝土澆筑到各層冷卻水管標(biāo)高后開始通水,通水流量應(yīng)達(dá)到30 L/min;嚴(yán)格控制進(jìn)出水溫度,在保證冷卻水管進(jìn)出水溫度與混凝土內(nèi)部最高溫度之差不大于25℃條件下,盡量使進(jìn)水溫度最低;通水全部結(jié)束后,應(yīng)采取同強(qiáng)度等級水泥漿或砂漿封堵冷卻水管;考慮現(xiàn)場實(shí)際情況,在現(xiàn)場設(shè)置水槽,供冷卻水循環(huán)使用。

3.4 保溫及養(yǎng)護(hù)

為防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫,必須對混凝土進(jìn)行保溫以減小內(nèi)表溫差。具體做法:混凝土澆筑結(jié)束后,在其側(cè)面鋼模板外覆蓋一層塑料布(彩條布)保溫,在混凝土頂面沿四周邊用黏土筑小壩,并將側(cè)面保溫塑料布翻至壩內(nèi)蓄100 mm深水進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

3.5 現(xiàn)場監(jiān)測

混凝土測溫控制:為確保能夠真實(shí)反映各層混凝土的溫控效果,以便根據(jù)現(xiàn)場情況變化及時采取有效措施,在混凝土內(nèi)部及周邊、表面對混凝土溫度變化進(jìn)行觀測,測溫孔留設(shè)深度分別為:100 mm,300 mm,600 mm,900 mm,1 200 mm,1500 mm,1 800mm,分別布設(shè)在汽輪機(jī)基礎(chǔ)的各部位。測溫方法:材料選用15薄鐵皮管,一端封死,一端高出混凝土面150 mm,用軟塞封口,避免雜物落入,測溫工作從開始澆筑時第1天～第5天,每2 h測一次;第6天～第10天,每 4 h測一次;第11天～第14天,每8 h測一次,直至混凝土內(nèi)外溫度同大氣溫度一致后方可停止測溫,操作人員隨時將檢測到的實(shí)時溫度值統(tǒng)計(jì)上報(bào)技術(shù)負(fù)責(zé)人,并依次對混凝土降溫養(yǎng)護(hù)工作提出建議,及時調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施。

4 溫控效果分析

該工程我們把底板分為5個區(qū)域,對1 500 mm以下底部、1 500 mm～1 200 mm中下部、1 200 mm～900 mm 中部、900 mm～600 mm中上部及表面100 mm溫度進(jìn)行監(jiān)測,各測區(qū)的上、下最大溫度差在13℃～21℃之間,小于控制溫度25℃,底板中心最高溫度平均值為50℃,個別點(diǎn)達(dá)到52℃,根據(jù)測溫資料可知,基礎(chǔ)底板中心最高溫度基本出現(xiàn)在澆筑后的54 h～70 h,符合預(yù)期設(shè)計(jì)。由于采取了有效的溫度措施,初期溫降率較后期偏大,一般在3℃/d～5℃/d,中后期的溫降速率在1℃左右。

5 結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)際情況,制定不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)和溫控措施,并編制詳細(xì)的溫控方案加以落實(shí)和實(shí)施,對確保大體積混凝土的順利施工極其重要。大體積混凝土的溫控必須從材料、配合比、降溫措施入手,以保證大體積混凝土的可施工性、低熱性、溫度穩(wěn)定性。實(shí)踐證明采用低熱水泥,運(yùn)用雙摻技術(shù)、冷卻水管降溫、混凝土表面蓄水、外包保溫材料等溫控措施,能夠有效地控制大體積混凝土的溫度裂縫,也可以節(jié)約成本,社會經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1] 李寶鋒.承臺大體積混凝土溫度裂縫控制措施[J].山西建筑,2008,34(15):123-124.