高溫環(huán)境設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

馮寶俠 秦傳林 陳 華

1 工程概況

兗礦大型工業(yè)鋁擠壓材項目中的 100MN鋁擠壓機設(shè)備,目前為亞洲最大的鋁擠壓機設(shè)備。設(shè)備基礎(chǔ)主機東西長 43.13m,南北寬14.35m,底板最厚處達(dá)5.73m,混凝土強度等級C30,抗?jié)B等級P6。澆筑量為 1 890m3。混凝土為一次性連續(xù)澆筑,不留施工縫。施工季節(jié)正值高溫多雨的 7月,8月份,經(jīng)查閱氣象資料,7月,8月份當(dāng)?shù)卮髿馄骄鶞囟葹?35℃左右,平均降水量在178.9mm。

2 裂縫產(chǎn)生的主要原因

1)由外荷載的應(yīng)力引起的裂縫。2)由變形變化引起的裂縫,即主要由溫度、干縮、不均勻沉降或膨脹等變形變化產(chǎn)生應(yīng)力而引起的裂縫。

2.1 混凝土的收縮裂縫

混凝土硬化后,水分蒸發(fā)而在混凝土內(nèi)部留下許多毛細(xì)孔,造成混凝土的體積減少,同時在混凝土的水化過程中也會引起混凝土的體積發(fā)生收縮,混凝土的最終收縮量約為 0.2%～0.45%。混凝土收縮值的大小和水泥品種、標(biāo)號、用量,拌合用水量,骨料規(guī)格,振搗密實程度和養(yǎng)護(hù)的好壞等因素有關(guān)。施工中常見的混凝土收縮裂縫有塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干縮裂縫。

2.2 溫差原因

由于工程的特殊環(huán)境,大體積混凝土施工過程中出現(xiàn)水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差,晝夜溫差,日曬雨淋等情況。

2.3 施工質(zhì)量

施工質(zhì)量造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因有:1)原材料質(zhì)量不合格,骨料級配不滿足要求,含泥量超標(biāo)。2)使用高水化熱水泥和混凝土坍落度過大。3)澆搗不密實,漏振或振搗時間不夠。4)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)。

3 控制裂縫的幾個措施

3.1 配合比優(yōu)化設(shè)計

100MN設(shè)備基礎(chǔ)強度等級 C30,抗?jié)B等級 P6。為降低大體積混凝土澆筑完成后水泥水化熱,減少溫度應(yīng)力及溫度變形,摻加粉煤灰減少水泥用量,降低水化熱,減少溫度應(yīng)力及溫度變形,改善混凝土和易性,便于泵送。

為保證混凝土強度滿足要求,在設(shè)計混凝土配合比時,通過計算得出基準(zhǔn)配合比,再調(diào)整配合比較基準(zhǔn)水灰比增加或減少0.05。在此基礎(chǔ)上經(jīng)對比試驗混凝土配合比,確定配合比為:礦渣硅酸鹽水泥∶砂∶碎石∶水∶粉煤灰∶LN-1A復(fù)合抗?jié)B泵送劑= 1∶2.51∶3.32∶0.59∶0.18∶0.02。坍落度為140mm～160mm。

3.2 混凝土的澆筑

混凝土澆筑采用兩臺泵車同時由西向東布料,運用“斜面分層,一個坡度,薄層澆筑,循序鋪填”的澆筑方法,等澆至上平經(jīng)刮漿和粗找平后,再在上部均勻布撒5mm～20mm碎石,然后采用鐵輥滾壓提漿。初凝前采用二次振搗工藝和木抹子反復(fù)搓毛,并用鐵抹子分三次壓實收光,防止水分遷移產(chǎn)生塑性裂縫。

3.3 保溫保濕養(yǎng)護(hù)

通過水化熱的計算,混凝土內(nèi)表溫差大于規(guī)范要求的 25℃,為降低澆筑體內(nèi)外溫差值,基礎(chǔ)底板采用蓄水養(yǎng)護(hù),混凝土內(nèi)部在前后梁位置預(yù)埋循環(huán)冷卻水管進(jìn)行降溫。混凝土側(cè)壁采用覆蓋氈布保溫。

1)循環(huán)冷卻水管預(yù)埋方法。循環(huán)冷卻水管設(shè)在擠壓機前后梁基礎(chǔ)位置,即厚度為2.1m,3.3m,4.5m處設(shè)置三道,水平間距1.0m。水管采用直徑25mm焊接鋼管。

提前在循環(huán)水管彎管處預(yù)留φ25焊接鋼管注漿孔,待基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)完畢后,采用注漿機將循環(huán)水管注漿密實,注漿選用 M 30水泥漿,內(nèi)摻水泥用量10%的UEA-D膨脹劑。

2)混凝土的養(yǎng)護(hù)。混凝土表面用木抹子抹平一段后,應(yīng)隨即覆蓋一層塑料薄膜。其次,要在初凝前掀開薄膜,用鐵抹子壓實收光,并隨即覆蓋薄膜和三層礦棉氈做全封閉保溫保濕養(yǎng)護(hù)。雨天提前覆蓋防雨篷布。當(dāng)降溫速率接近 2℃/d時,混凝土上表面必須增加一層礦棉氈。最后,在環(huán)境溫度與混凝土表面溫差不大于 10℃時,方可拆除側(cè)模板和撤除保溫層。

3.4 混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測

混凝土澆筑體內(nèi)監(jiān)測點的布置,根據(jù)工程特點,在基礎(chǔ)上設(shè)置四個測溫點位,每個點位按板底、板中、板頂設(shè)置三個測溫點(見圖 1)。四個測溫點位分別是在主基礎(chǔ)上口標(biāo)高為 -4.200m, -3.000m,-2.500m,-1.800m上均布,共12個測溫點。

測溫次數(shù):1)入模溫度:每臺班測2次。2)澆筑后溫度:升溫階段每 2h測一次,降溫階段每 4 h測一次。

根據(jù)最終測溫結(jié)果,底板中心最高溫度達(dá)到 64℃,表面最高溫度達(dá)到 58℃,內(nèi)外溫差均小于 25℃。通過覆蓋薄膜和三層礦棉氈做全封閉保溫保濕養(yǎng)護(hù),降溫速率小于 2℃。經(jīng)觀察,沒有裂縫產(chǎn)生。

4 結(jié)語

100MN大型工業(yè)鋁擠壓機設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土的施工,采用礦渣硅酸鹽水泥與LN-1A復(fù)合抗?jié)B泵送劑,不但有效降低水化熱,還抑制結(jié)構(gòu)早期收縮裂縫和后期的回縮開裂。冷卻水管有效地將混凝土內(nèi)部高溫帶出。通過對混凝土核心溫峰值進(jìn)行測試,保證混凝土內(nèi)外溫差控制在 25℃范圍內(nèi)。溫峰值的控制,有效降低溫度收縮應(yīng)力。而施工期在夏季,大氣溫度高,有利于縮小混凝土內(nèi)外溫差;再者施工時正值雨季,濕度大,溫度與收縮應(yīng)力不會疊加等又加上施工中采取了一系列防裂措施,保證設(shè)備基礎(chǔ)不會產(chǎn)生裂縫。

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[3] 張小亮.混凝土裂縫成因分析及控制[J].山西建筑,2010, 36(4):160-161.