淺談火電廠鍋爐筏板基礎大體積混凝土裂縫控制

廖湘紅

摘要：本文通過工程實例介紹火電廠消除鍋爐筏板基礎大體積混凝土裂縫的成功經驗，并從材料、溫度及施工等因素分析火電廠鍋爐筏板基礎大體積混凝土裂縫形成的原因，詳細介紹裂縫的預防、溫差監控技術。

關鍵詞：火電廠、筏板基礎、混凝土裂縫、控制

一、工程概況

某電廠鍋爐筏板基礎為矩形，長度和寬度分別為58.4m×44.25m，厚度為4.25m，基礎底標高為-6.05m。混凝土強度等級為C30，總澆筑量為11360m3。筏板基礎為大體積混凝土，按設計要求應一次連續澆筑，不設后澆帶。

二、鍋爐筏板基礎大體積混凝土裂紋形成的原因

1.混凝土的溫度應力與溫度裂縫

鋼筋混凝土結構隨著溫度變化會產生熱脹冷縮變形，這種變形稱為溫度變形，當此變形受到約束時，在混凝土內部即會產生應力，稱溫度應力，當此應力超過混凝土的抗拉強度 ，混凝土即會出現裂縫，即溫差裂縫。

混凝土內外溫差形成的兩個主要因素 ：

1.1環境溫度劇烈變化，包括年變化和一些突發大氣。

環境溫度劇烈變化使混凝土形成內外溫差。特別是現澆的大體積混凝土結構，在拆模以后，突然遇到短期內大幅的降溫，如寒潮的襲擊等，產生較大的溫差，引起較大的溫度應力，而使混凝土開裂。

1.2水泥水化熱。

水泥水化過程產生一定的水化熱，水化熱是水泥熟料中各種礦物在水化反應中產生的，其大部分熱量在3天以內釋放出，特別是大體積混凝土，由于結構斷面尺寸較大，混凝土澆筑以后產生大量水化熱，不容易散發，內部溫度急劇上升，到達較高溫度。

溫度應力是引起混凝土結構裂縫的主要原因之一，結構產生裂縫，會引起滲漏水，影響結構整體性和耐久性，特別是鍋爐筏板基礎是建筑中的重要結構，如若產生溫度裂縫 ，將對整個結構的安全性產生影響。

三、鍋爐筏板基礎大體積混凝土結構裂縫的控制措施

1.鍋爐筏板基礎大體積混凝土結構組成材料及混凝土配合比及配制的裂縫控制措施

1.1原材料選擇：水泥采用42.5級低水化熱的礦渣水泥，砂、石均符合規范和設計要求，并摻入粉煤灰和外加劑。

1.2混凝土的配合比應通過試配確定。試配除應滿足強度、耐久性、和易性和凝結時間等需要外，尚應考慮到拌制、運輸過程和氣溫環境情況，以及施工條件的差異和變化。

1.3混凝土的水灰比，為降低混凝土的水化熱 ，并隨強度等級提高而降低。拌合料的和易性宜通過摻加高效減水劑和混合材料進行調整。在滿足和易性的前提下，盡量減少用水量，以降低水化熱，防止結構裂縫的生成。

1.4混凝土原材料稱量允許偏差，不應超過以下數值：

水泥 ： 12％；

混合料 ： 1l％；

粗細骨料 ： 13％；

水及外加劑 ： 11％。

1.5拌制混凝土應使用強制式攪拌機。攪拌時投料順序按常規做法，先倒砂子，再倒水泥 ，然后倒入石子，外加劑的投放方法應通過試驗確定。

1.6混凝土的配合比，應考慮到實際施工時的坍落度損失，事先規定拌料在出料時以及運輸到施工現場澆筑時的坍落度。因此，必須有嚴格的質量控制和質量保證制度。

2.混凝土結構澆筑施工裂縫控制措施

2.1預冷卻拌合水大體積混凝土的澆注溫度越高，水泥水化越快。一般澆筑溫度每提高 10℃，混凝土內部溫度約增加 3～5℃，如圖示 出了混凝土澆筑溫度對混凝土結構物溫度的影響。從圖中可以看出，混凝土澆筑溫度為 10℃和30℃時，其早期混凝土內部溫度相很大，為了降低混凝土的澆注溫度 ，可對混凝土的原材料進行預冷卻。

預冷卻混凝土最容易的辦法是采用冷卻拌合水，但由于水在混凝土中所占熱容量的百分比不大，見下表。因此，單純冷卻拌合水還不能完全有效地降低混凝土的澆注溫度 。因此還可采用冰來預冷拌合水，再用冰水拌合，或者在混凝土攪拌時摻冰屑，但注意冰在攪拌過程中要完全融化 。

各種材料的比熱容量及散熱損失

原材料 重量(kg／m。) 比熱 [KJ／(kg．k)] 預冷 1℃所散 失熱量 (KJ) 混凝土可預冷的溫度（℃）

石子 1600 0．84 1344 0．55

砂 子 550 0．84 462 0．19

水 120 4．2 504 0．21

水泥 150 0．84 126 0．05

混凝土 2420 1．01 2436 1．00

2.2采用全面分層法進行施工，連續澆筑，并在前一層混凝土初凝前，將后一層混凝土澆筑完畢。

筏板表面混凝土澆筑完畢后，表面混凝土初凝前進行二次振搗，對浮漿積水處鋪灑碎石碾壓，終凝前用木蟹打毛，并及時灑水蓋草簾養護，防止產生表面收縮裂縫。如果混凝土表面有積水，則采用模板開孔和海綿吸水的方法進行處理。

根據熱工計算的結果，對混凝土出機溫度、澆筑溫度進行控制，以控制出機溫度不超出計算控制值。

為了有效防止裂縫的發生，在基礎轉折處，孔洞轉角周邊，增加斜向構造配筋，以抵抗集中應力，防止裂縫的發生。

2.3測溫到位

2.3.1混凝土澆筑后立即進行測溫，并做好詳細記錄，開始前一周，測溫頻率為兩小時一次，第二周以后為四小時一次。測溫的同時應及時繪制出溫度變化曲線，直觀地顯示出溫度的變化情況。

2.3.2本工程測溫使用TM-902C型電子測溫儀，在基礎澆筑前，預埋測溫線，具體做法是將三根測溫線牢固綁扎在一根鋼筋上，按照測點的深度，溫度傳感器分高、中、低布置，高、中、低的高度分別為基礎面向下0.2m、2.2m、4.0m。基礎邊的測溫線距基礎邊0.25m,在基礎上面的傳感器，做好各測點的標志，用塑料薄膜包裹好，在測溫時，在基礎同一點布置的三根測溫線，分別觀測混凝土的上部、中部和下部標高溫度。

基礎大體積混凝土測溫圖

2.4養護得當

2.4.1混凝土養護措施

混凝土澆筑完成，表面處理完畢后，立即進行保濕保溫養護，具體做法是先嚴密覆蓋一層塑料薄膜,在塑料薄膜上覆蓋一層化纖地毯，然后覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋二層草簾和一層塑料薄膜的基礎上再覆蓋一層草簾及一層薄膜。養護期間經常檢查覆蓋層壓實情況，確保保溫效果。在模板安裝時，在模板內側鋪貼一層聚乙烯泡沫保溫板，混凝土振搗后澆水充實保溫板與模板之間的間隙，并在模板外側懸掛一層絨毯及彩條布，以實現保溫保濕的養護效果。

基礎大體積混凝土保溫圖

2.4.2混凝土保溫計算

在模板安裝時，在模板內側鋪貼一層聚乙烯泡沫保溫板，砼振搗后澆水充實保溫板與模板之間的間隙，并在模板外側懸掛一層絨毯及彩條布，以實現保溫保濕的養護效果。

①保溫材料厚度

δ= 0.5h?λi(T2-Tq)Kb/λ?（Tmax-T2）

式中：

λi——各保溫材料導熱系數[W/（m?K）] ，取0.14（阻燃草簾）；

λ——混凝土的導熱系數，取2.33[W/（m?K）]

T2——混凝土表面溫度：19.6（℃）（Tmax-25）

Tq——施工期大氣平均溫度：13（℃）

T2-Tq—6.6（℃）

Tmax-T2—21.0（℃）

Kb——傳熱系數修正值，取2.3；

δ= 0.5h?λi(T2-Tq)Kb/λ?（Tmax-T2）*100=8.73cm

故可采用二層阻燃草簾及一層化纖地毯并在其上下各鋪一層塑料薄膜的基礎上再覆蓋一層草簾及一層薄膜進行養護。

②混凝土保溫層的傳熱系數計算

β=1/[Σδi/λi+1/βq]

式中：β——混凝土保溫層的傳熱系數[W/（m2?K）]

δi——各保溫材料厚度

λi——各保溫材料導熱系數[W/（m?K）]

βq——空氣層的傳熱系數，取23[W/（m2?K）]

代入數值得：β=1/[Σδi/λi+1/βq]= 1.5

③混凝土虛厚度計算：

hˊ=k?λ/β

式中： hˊ——混凝土虛厚度（m）

k——折減系數，取2/3；

λ——混凝土的傳熱系數，取2.33[W/（m?K）]

hˊ=k?λ/β=1.0365

④混凝土計算厚度：H=h+2hˊ=6.07 m

⑤混凝土表面溫度

T2（t）= Tq+4?hˊ（H- h）[T1（t）- Tq]/H2

式中：

Tq—施工期大氣平均溫度（℃）

hˊ——混凝土虛厚度（m）

H——混凝土計算厚度（m）

T1（t）——t 齡期混凝土中心計算溫度（℃）

不同齡期混凝土的中心計算溫度（T1（t））和表面溫度（T2（t））如下表。

混凝土溫度計算結果表

t（d） 3 6 9 12

T1（t）（℃） 32.1 38.6 40.6 38.7

T1- Tq（℃） 19.1 25.6 27.6 25.7

T2（t）（℃） 17.4 19.0 19.4 19.0

T1（t）- T2（t） 14.6 19．6 21.2 19.7

混凝土內外溫差<25℃，符合要求。

四、效果

混凝土澆筑完成60天后，對筏板基礎混凝土進行了結構驗收，沒有發現裂縫。解決了大體積混凝土裂縫的問題，同時混凝土養護節約用水。

五、結語

火電廠鍋爐筏板基礎是火電建設中的重要部位，也是建筑施工中的重點難點。如何對筏板大體積混凝土的裂縫控制，確保工程的安全和使用壽命，是一項復雜的系統工程 。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。