石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫防控措施

蘇永強(中石化第五建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510145)

0 引言

近幾年，伴隨著我國石化項目建設(shè)逐漸規(guī)模化與集約化，生產(chǎn)所用的大型機械設(shè)備基礎(chǔ)建設(shè)工程的數(shù)量越來越多，結(jié)構(gòu)也越來越復雜。由于在大體積混凝土的澆筑過程中，建筑機械的震動以及其他細節(jié)都極易導致混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，會直接嚴重影響到石化機械的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性產(chǎn)品的精度。所以，在石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)的大體積混凝土施工過程中需要采取綜合措施，來防控裂縫問題的出現(xiàn)。

1 石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫分類

在石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)的建設(shè)中，極易產(chǎn)生的大體積混凝土裂縫主要分為溫度裂縫和收縮裂縫這兩種類型：

1.1 溫度裂縫

通過對大量的實驗和實際施工中產(chǎn)生的裂縫成因分析我們可以發(fā)現(xiàn)，有一半以上的混凝土裂縫是在混凝土內(nèi)外溫度不同時，也就是凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力大于其抗拉強度或極限拉伸值時產(chǎn)生的。溫度裂縫通常都發(fā)生在大體積混凝土形成的早期階段，這些位于表面或是混凝土深層的細小裂縫會降低混凝土的防滲性和穩(wěn)定性。

1.2 收縮裂縫

在石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)的建設(shè)過程中，大體積混凝土收縮裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生原因主要有兩種，一種是由于混凝土材料干燥收縮而產(chǎn)生的裂縫，另一種是由于塑性收縮而產(chǎn)生的裂縫。其中，第一種由干燥收縮現(xiàn)象導致的裂縫又可以分為干燥裂縫和自收縮裂縫。干燥裂縫通常發(fā)生在混凝土干燥成型時其，若此時期混凝土表面與內(nèi)部的水分蒸發(fā)速度不同，其表面就會出現(xiàn)裂縫，如果前期沒有及時維修，則極易發(fā)展為深層裂縫。自收縮裂縫則是在水泥的水化過程中由其自身特有的化學性質(zhì)所引起的，具體來說就是水化作用導致混凝土內(nèi)部形成細孔，當細孔聚集時所形成內(nèi)部裂縫就是自收縮裂縫。第二種，由塑性收縮而產(chǎn)生的裂縫通常是由于受到高溫、大風等外界影響而產(chǎn)生的，當混凝土外部的水分散失較快，其表面就容易產(chǎn)生龜裂，若不及時處理則會逐步向內(nèi)部縱深發(fā)展，形成深層裂縫，從而影響混凝土的穩(wěn)定性。

2 大體積混凝土裂縫成因

2.1 混凝土溫度應(yīng)力

石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土澆筑過程中，在放熱升溫階段和冷卻降溫階段都容易因為溫度應(yīng)力超過混凝土的自身抗拉強度而在其表面和內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。首先，放熱升溫階段產(chǎn)生表面裂縫的過程為：在混凝土澆筑初期，水化熱過程會快速釋放出大量的熱量，大體積混凝土由于其體積較大而橫截面面積較小導致散熱速度較慢，這樣結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度就會在短時間內(nèi)快速升高30～50℃，甚至更高。而混凝土的表面一直處于外界環(huán)境中，與內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比溫度更易散發(fā)，導致混凝土的表面與內(nèi)部產(chǎn)生較大溫差，形成復雜溫度場。內(nèi)部的高溫擴張力會使混凝土內(nèi)部的壓應(yīng)力增大，當這個壓應(yīng)力超過外部的拉應(yīng)力時，混凝土表面就會產(chǎn)生膨脹性裂縫。其次，冷卻降溫階段產(chǎn)生內(nèi)部裂縫的過程為：當水化釋熱過程結(jié)束后，混凝土開始逐漸降溫成型。此時大體積混凝土內(nèi)部溫度開始快速下降，而外部由于處在溫度相對穩(wěn)定的環(huán)境中溫度下降慢較慢，混凝土內(nèi)部的低溫收縮力導致拉內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力增大，就容易在混凝土內(nèi)部形成裂縫。

2.2 混凝土收縮

關(guān)于收縮裂縫，主要是指大體積混凝土由于局部體積發(fā)生微小變化而產(chǎn)生的裂縫，通常可分為干燥收縮和塑性收縮兩種。首先，干燥收縮引起的大體積混凝土裂縫主要有干燥裂縫和自收縮裂縫，這兩種裂縫都是由于混凝土中水分的消失不均衡而導致的。不同之處在于干燥裂縫的產(chǎn)生是由于混凝土養(yǎng)護工作結(jié)束后內(nèi)外部硬化程度不同水分蒸發(fā)不平衡，產(chǎn)生的應(yīng)力變化所導致的，而自收縮裂縫則主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分散失，混凝土體積發(fā)生細微變化，進而產(chǎn)生內(nèi)部細孔所導致的。其次，導致收縮裂縫的塑性收縮主要發(fā)生在混凝土未凝固階段，而引發(fā)塑性收縮裂縫出現(xiàn)的最主要的因素就是表面水分缺失。具體來說就是由于混凝土未凝結(jié)硬化時強度較小，所以我們通常將這個階段稱之為塑性階段，這個階段的水泥活性較大，且由于混凝土水化熱反應(yīng)溫度較高，其溢出的水分會相對減少，這時如果有高溫、大風等外部環(huán)境影響，水泥表面蒸發(fā)的水分無法得到補充就容易在混凝土表面產(chǎn)生不規(guī)則的龜裂。這種龜裂通常屬于淺表性裂縫，但如果沒有及時進行修復，對混凝土的防滲性也會產(chǎn)生一定影響。

3 石化項目大體積混凝土裂縫防控措施

由于在大型設(shè)備基礎(chǔ)混凝土施工的實際操作中，導致裂縫的因素主要有溫變、收縮、原材料質(zhì)量這幾類。因此在進行裂縫防控措施的制定工作上也應(yīng)圍繞這幾個要素開展。

3.1 水泥的選用

由于在大體積混凝土裂縫的成因中，首要因素就因為混凝土在硬化的過程中有大量的水化熱被釋放從而導致混凝土內(nèi)部的溫度升高，內(nèi)外的溫差加大，混凝土表面受到內(nèi)部結(jié)構(gòu)約束而產(chǎn)生強烈的拉應(yīng)力導致的。而且由于水泥的水化過程實際上是從熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗晌锏倪^程，轉(zhuǎn)化期間混凝土收縮導致體積變小，所以水泥的使用量越大，因整體混凝土體積變化而導致的裂縫問題也會越多。所以，在大體積混凝土的施工過程中應(yīng)首要選擇水化熱較低的水泥種類，同時盡可能的減少混凝土中水泥的使用量。一般來說，為了確保混凝土的強度，可以選擇例如42.5R 的硅酸鹽水泥等強度較高的水泥，并注意將其使用量控制在310～330kg/m3。

3.2 添加摻合料

在大體積混凝土施工中，如果單純使用普通用水進行操作不僅會增加水泥的消耗量、加快混凝土干化收縮的速度，還會在一定程度上加劇水化熱反應(yīng)，更易導致混凝土裂縫問題的出現(xiàn)。所以，在實際施工過程中，我們可以通過增加減水劑等摻合料，來減少水的使用量，從而減少水化熱的產(chǎn)生。另外，也可以通過在混凝土中加入少量的粉煤灰等混合材料來減少混凝土裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。這些混合材料的加入不僅能夠減少水泥的用量，而且由于粉煤灰顆粒成球狀，可以起到潤滑作用從而提高混凝土的可泵送性，降低混凝土的水化熱。

3.3 混凝土澆筑溫度的控制

針對石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫問題防控的混凝土澆筑溫度控制主要指的是在冬季進行防凍害控制、夏季進行防曝曬控制。也就是說在空氣溫度較高的夏季，為了延緩混凝土溫度提升的速度，將內(nèi)外溫差控制在合理區(qū)間范圍內(nèi)，需要在混凝土澆筑過程中對溫度進行實時控制，同時也需要盡量降低入模溫度，使其更加接近于大氣溫度。為了達到這個目的，可以在施工過程中將草制袋覆蓋在泵車的水平輸送管上來更好的隔絕太陽的輻射，同時也可以采取增加泵車數(shù)量的方式來加快澆筑時間。需要注意的是，在冬季溫度較低時，需要將混凝土入模溫度控制在5～15℃左右。

3.4 混凝土施工中的控制

為了有效避免石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生，還需要在施工過程中針對坍落度、分層振動、排除泌水等相關(guān)細節(jié)進行控制選擇適當?shù)奶涠取Ｊ紫龋捎谔涠葧苯佑绊懙交炷恋膯挝皇褂昧恳约盎炷敛牧系臏厣俣取Ｋ栽谑┕せ顒訉嶋H操作保證不影響泵送速度的條件下，應(yīng)選擇適當?shù)奶涠龋话阍?0～30cm 最為合適。其次，在分層振動的控制方面。實際施工中需要采用分層振動、依次推進的方法，同時將控制其坡度控制在合理區(qū)間。最后在排除泌水的控制方面。通常在大型設(shè)備基礎(chǔ)的混凝土施過程工中，流動的混凝土會在澆筑過程中出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。如果采用分層振動方法，那么泌水將會會沿著斜面流到坑底，再經(jīng)過模板之間的縫隙或是通過預留的孔洞排出。需要注意的是，混凝土表層的水泥漿應(yīng)該進行分散放置，并在施工過程中使用工具對其進行二次壓實。

3.5 混凝土澆筑后的保溫養(yǎng)護

針對石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)混凝土澆筑后的保溫養(yǎng)護工作來說，首先需要在冬季進行混凝土澆筑施工時，在其當達到預定標高時使用相應(yīng)設(shè)備進行壓實處理，并加蓋一層塑料薄膜和兩層草制袋。如果是在夏季進行混凝土施工，則也需要用塑料薄膜以及草制袋對材料進行覆蓋，并及時進行的澆水養(yǎng)護。最后，在拆模之后不能使混凝土基礎(chǔ)暴露在大氣中，需要通過回填土的方式來對其進行保濕養(yǎng)護，預防由溫差導致的裂縫問題產(chǎn)生。

3.6 裂縫及其他相關(guān)控制措施

關(guān)于石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫的其他防控措施主要有三個。首先，在進行大型設(shè)備的基礎(chǔ)施工時，可以通過增設(shè)滑動模塊部件來減少對于混凝土變形程度的約束，還可以在墊層的上方表面鋪設(shè)一層油氈，再加蓋一層瀝青瑪蹄脂來防止裂縫的產(chǎn)生。其次，為了避免水泥結(jié)構(gòu)應(yīng)力現(xiàn)象的集中發(fā)生，在針對斷面突變問題進行處理時，需要通過加設(shè)鋼筋的方式來達到控制鋼筋的直徑間距與結(jié)構(gòu)底板的配筋一致的目的。最后，在石化項目大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土的變斷面后轉(zhuǎn)角以及孔洞位置，經(jīng)常會出現(xiàn)由溫度收縮導致的應(yīng)力集中現(xiàn)象，致使混凝土裂縫問題出現(xiàn)。為了有效解決此問題可以選擇在孔洞的邊界設(shè)置護邊角鋼或者暗梁，通過易于產(chǎn)生裂縫的位置增大配筋來有效改善水泥結(jié)構(gòu)的抗裂性。另外，還可以選擇在轉(zhuǎn)角處增設(shè)斜向的鋼筋或者網(wǎng)片來有效減小應(yīng)力集中現(xiàn)象所帶來的危害。

4 結(jié)語

綜上所述，由于石化項目中大型設(shè)備基礎(chǔ)混凝土施工裂縫問題的成因通常較為復雜，所以為了徹底防控這項問題的產(chǎn)生，需要相關(guān)工作人員更加嚴謹?shù)膶Υ總€施工環(huán)節(jié)。根據(jù)研究與實踐經(jīng)驗總結(jié)可得出，為了有效避免裂縫的出現(xiàn)，需要相關(guān)人員首先需要根據(jù)石化項目大型設(shè)備對于基礎(chǔ)構(gòu)造的具體要求來確定施工中的尺寸、靜力載荷分布、擾力大小及方向、頻率、偏心距等數(shù)值；另外，需要精準計算動力結(jié)構(gòu)的最大承載能力，并不斷調(diào)整相關(guān)施工工序直至符合標準。最后，特別需要注意的是，由于施工過程中通常都會有許多的不確定性因素，應(yīng)盡量避免進行設(shè)計工作時不經(jīng)過預算模擬就草率動工，這也會使我國行業(yè)相關(guān)混凝土裂縫問題的防控水平停留于半理論的階段，不利于推動石油化工行業(yè)的發(fā)展。