某高爐基礎(chǔ)工程大體積混凝土施工技術(shù)應(yīng)用研究

顧春朵

(阿里巴巴(中國(guó))網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310052)

1 工程概況

上海寶鋼集團(tuán)浦鋼搬遷羅涇工程的煉鐵系統(tǒng)采用了COREX-3000熔融還原煉鐵技術(shù)。其基礎(chǔ)底板較其他高爐基礎(chǔ)更為厚實(shí)，基礎(chǔ)底板外線呈長(zhǎng)方體(長(zhǎng)約68 m、寬約32 m、厚3.95 m)。基礎(chǔ)底板埋地深度5.5 m，混凝土量約為7900 m3。在基礎(chǔ)底板中部-1.600 m以上設(shè)有正十二邊形(每條邊邊長(zhǎng)4260 mm)棱柱的爐底基礎(chǔ)，標(biāo)高為-1.600～+3.940 m，棱柱截面的內(nèi)切圓直徑為15.90 m，高為5.540 m，混凝土量約為1130 m3。兩部分混凝土總量為9100 m3。本工程的底板基礎(chǔ)混凝土的單次澆筑量和厚度都很大，為防止多種原因引起有害裂縫，必須用多種措施來保證混凝土施工的質(zhì)量。

本工程的設(shè)計(jì)要求為：混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土保護(hù)層底板底部為100 mm，其它面為40 mm。

2 大體積混凝土溫控技術(shù)與裂縫控制探究

在超厚超大混凝土結(jié)構(gòu)中，水泥硬化過程中產(chǎn)生的大量水化熱將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體內(nèi)外有較大的溫差和形變差，這是導(dǎo)致大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害裂縫的主因[1]。

對(duì)于本工程的超厚大體積混凝土澆注施工，主要從減少水化熱和保溫控溫差兩個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)控制，從而確保了混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

3 大體積混凝土施工的裂縫控制技術(shù)措施

大體積混凝土施工，主要從控制混凝土的早期升溫及后期降溫速率等幾個(gè)方面保證施工質(zhì)量，并相應(yīng)落實(shí)以下幾個(gè)方面的技術(shù)措施。

3.1 大體積混凝土原材料的質(zhì)量控制

(1)要降低大體積混凝土施工中的水化熱，首先應(yīng)采取措施減少水泥用量，充分利用混凝土的后期強(qiáng)度。為此，在保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)的前提下確定了施工用的配合比，如表1所示。

表1 混凝土配合比情況

(2)所有原材料必須符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的規(guī)定。

(3)水泥應(yīng)選用低水化熱水泥品種，本工程選用了P.O32.5號(hào)普通硅酸鹽水泥。

(4)粗細(xì)骨料選用，粗骨料選用5～25 mm的連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量<0.7%；細(xì)骨料選用粗砂，含泥量<0.5%。

3.2 大體積混凝土施工措施

(1)混凝土供應(yīng)情況。基礎(chǔ)大體積混凝土的澆筑時(shí)間在冬季，施工前制定了周密的作業(yè)方案。根據(jù)施工工藝要求及混凝土供應(yīng)能力計(jì)算，基礎(chǔ)底板前兩次澆筑施工中均安排了6臺(tái)泵車、50輛攪拌車。

(2)混凝土澆搗施工方法。混凝土澆搗水平分層進(jìn)行，每一層厚度在300 mm左右，可以避免混凝土內(nèi)的冷縫。每臺(tái)泵車配5臺(tái)振動(dòng)棒。上下層振搗搭接50～100 mm，每點(diǎn)振搗30 s左右。

(3)混凝土施工時(shí)間的控制。基礎(chǔ)混凝土施工從11月中旬開始，氣溫在15 ℃左右。根據(jù)氣溫情況、養(yǎng)護(hù)等因素，混凝土的初凝時(shí)間預(yù)估為6 h。同時(shí)要求上下層混凝土施工間隔控制在2 h內(nèi)，混凝土出廠后4 h內(nèi)完成澆筑。

(4)混凝土質(zhì)量過程控制。在混凝土澆筑過程中，安排專職試驗(yàn)員制作混凝土試塊。同時(shí)要求檢查坍落度情況，現(xiàn)場(chǎng)每30 m3測(cè)一次坍落度，并將信息及時(shí)通報(bào)攪拌站。

(5)混凝土的找平壓光。找平壓光工作在混凝土澆灌完畢以后馬上進(jìn)行。初凝后，在基礎(chǔ)的側(cè)面及頂面鋪設(shè)保溫養(yǎng)護(hù)材料，開始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。

3.3 混凝土的溫度監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)措施

(1)混凝土的溫度監(jiān)測(cè)。本工程采用電子測(cè)溫儀器。溫控測(cè)點(diǎn)布置：中心點(diǎn)至長(zhǎng)邊中點(diǎn)布置5列測(cè)點(diǎn)，每列測(cè)點(diǎn)沿厚度方向分別布置5個(gè)溫控點(diǎn)。溫度數(shù)據(jù)的采集：混凝土澆筑過程中測(cè)量每車混凝土的溫度，澆筑完成后2 h收集一次測(cè)溫讀數(shù)，直至內(nèi)外溫度接近。

(2)混凝土溫控監(jiān)測(cè)技術(shù)措施。絕熱溫升及最高溫升的計(jì)算：

其中：Tman為最高絕熱溫升， ℃；W為每立方混凝土的膠凝材料用量；Q為水泥28 d水化熱，取334 kJ/kg；C為混凝土的比熱，取0.97 kJ/kg·K；r為混凝土的密度，取2400 kg/m3。考慮到底板的散熱條件，影響系數(shù)取0.85，則Tmax=0.85×59.3=50.4 ℃。根據(jù)記錄，混凝土的入模溫度在17～28 ℃之間，取21 ℃。則基礎(chǔ)中心的最高溫度為Tmax=21+50.4=71.4 ℃。第一次澆筑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際時(shí)間為11月12日上午9時(shí)開始至13日凌晨5時(shí)結(jié)束，共計(jì)20 h。如圖1所示。

圖1 混凝土澆筑時(shí)室外溫度、入模溫度、坍落度記錄曲線

(2)混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)。本工程混凝土的內(nèi)外溫差控制要求在25 ℃，水泥用量253 kg/m3，混凝土入模溫度為21 ℃，基礎(chǔ)中心最高溫度Tmax為71.4 ℃。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)依此數(shù)據(jù)，混凝土表面鋪設(shè)二層薄膜和四層麻袋，以確保保溫養(yǎng)護(hù)效果。

3.4 混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生

混凝土澆筑后的溫升階段，由于表面的散熱條件遠(yuǎn)優(yōu)于基礎(chǔ)內(nèi)部，若保溫養(yǎng)護(hù)不到位會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)內(nèi)外溫差持續(xù)加大，從而引起溫度應(yīng)力增大，當(dāng)溫度應(yīng)力高于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生溫度裂縫。

本工程混凝土降溫速率控制指標(biāo)采用《塊體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程》(YBJ 224-1991)[2]的規(guī)定要求值(1～1.5 ℃/d)，通過控制混凝土表面的散熱、降溫速度，從而避免產(chǎn)生有害裂縫。

3.5 混凝土養(yǎng)護(hù)周期

依據(jù)混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、混凝土的抗拉強(qiáng)度，動(dòng)態(tài)地調(diào)整混凝土結(jié)構(gòu)的保溫養(yǎng)護(hù)措施[3]。

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間緩慢散熱降溫，當(dāng)氣溫不低于+5 ℃且混凝土的最高溫度與氣溫差<25 ℃時(shí)，即可拆除養(yǎng)護(hù)材料，此段時(shí)間可定為大體積混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)周期。本工程的實(shí)際保溫養(yǎng)護(hù)周期為28 d。

4 測(cè)試成果分析與監(jiān)控效果

基礎(chǔ)共分四次陸續(xù)澆筑混凝土，每次澆筑后混凝土的養(yǎng)護(hù)均采取二層薄膜加四層麻袋的形式。基礎(chǔ)混凝土溫度監(jiān)測(cè)曲線如圖2所示。

圖2 基礎(chǔ)混凝土溫度監(jiān)測(cè)曲線

測(cè)試成果情況分析：在第2～4d間各測(cè)溫點(diǎn)溫度達(dá)到最高，均位于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中部。第1～3d測(cè)溫點(diǎn)溫度較快，迅速達(dá)到峰值。隨后各測(cè)溫點(diǎn)陸續(xù)進(jìn)入降溫階段。基礎(chǔ)下部為土體，降溫較慢。基礎(chǔ)側(cè)面對(duì)比中部降溫速率相對(duì)較快，故基礎(chǔ)四周的外面又增加了一層薄膜，防止麻袋中的空氣層溫度在寒風(fēng)中消散太快的問題。

溫控指標(biāo)方面：各測(cè)溫點(diǎn)升溫的高點(diǎn)后，內(nèi)外溫差維持在20 ℃左右。測(cè)溫工作結(jié)束前，先以混凝土早強(qiáng)試塊的強(qiáng)度(R28=30 MPa)為參考指標(biāo)，確認(rèn)混凝土同期強(qiáng)度與承受溫度應(yīng)力差值為正值，同時(shí)后期增加十多天的延期養(yǎng)護(hù)期，穩(wěn)定養(yǎng)護(hù)保溫工作的成效。至溫度監(jiān)測(cè)結(jié)束經(jīng)各方共同檢查，基礎(chǔ)上未見結(jié)構(gòu)裂縫，基礎(chǔ)表面裂紋也較少。這說明此大體積混凝土保溫養(yǎng)護(hù)工作取得了很好的效果，各項(xiàng)技術(shù)措施有效、可行。

5 大體積混凝土施工分析

本工程大體積混凝土施工在采取一系列的技術(shù)措施之后，最終未有有害結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生，為超厚大體積混凝土積累了一些施工經(jīng)驗(yàn)。

5.1 混凝土原材料質(zhì)量控制及配合比設(shè)計(jì)是重要的環(huán)節(jié)

(1)水泥水化熱是混凝土溫升的主因，所以避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度裂縫的關(guān)鍵是要采取措施減少水泥水化的發(fā)熱總量。

(2)通過優(yōu)化配合比減少水泥用量。

(3)粗細(xì)骨料的合理級(jí)配也可減少水泥的用量，進(jìn)而減少水化熱。

(4)其他如攪拌站生產(chǎn)混凝土?xí)r采用冰水、在基礎(chǔ)內(nèi)敷設(shè)降溫管等主動(dòng)降溫手段也可采用。

5.2 施工過程控制措施要到位

坍落度是施工過程混凝土質(zhì)量控制的重要參數(shù)[4]，過程應(yīng)隨時(shí)監(jiān)控混凝土配合比的穩(wěn)定性。

5.3 溫度監(jiān)測(cè)與養(yǎng)護(hù)要有保障

電子測(cè)溫這種方式能迅速獲取各測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，便于獲取各測(cè)溫點(diǎn)溫度的變化趨勢(shì)[5]。

大體積混凝土溫升至最高溫后，溫度下降的快慢程度直接關(guān)系到大體積混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力的變化。加強(qiáng)混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)措施，減小其降溫速度是保證結(jié)構(gòu)不開裂的關(guān)鍵。本工程采用1～1.5 ℃/d降溫速率，對(duì)于超厚、形體長(zhǎng)度為塊形的基礎(chǔ)來說切合實(shí)際。

6 結(jié)語

目前高、深、大的建筑日益增多，相應(yīng)的問題也越來越多。而溫度裂縫的控制不單是施工單位單方面的工作，需要設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位共同協(xié)調(diào)，仔細(xì)研究有關(guān)理論及規(guī)范。從設(shè)計(jì)初始各方就應(yīng)密切配合，結(jié)合工程豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，在原材料、施工環(huán)境、溫控措施、豎向施工段劃分、澆筑施工等方面制定切實(shí)可行的全流程的作業(yè)方案并能切實(shí)落實(shí)，才能有效預(yù)防大體積混凝土有害裂縫的產(chǎn)生，確保工程施工質(zhì)量。