汽輪發(fā)電機(jī)底板大體積混凝土施工工藝及裂縫控制

龍 平

摘要:文章通過工程實(shí)例分析了大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因,并針對(duì)成因提出了有效的控制措施。施工要做到優(yōu)化配合比,選用良好級(jí)配的骨料,嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量,降低水灰比,以降低混凝土最高溫升和內(nèi)外溫差,從而降低混凝土溫度應(yīng)力,控制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞:大體積混凝土;施工裂縫;成因;控制

云南華電鎮(zhèn)雄電廠新建2×600MW機(jī)組工程汽輪發(fā)電機(jī)基座底板平面尺寸為:44100mm×12260mm,厚度為3500mm,底標(biāo)高為-8.0m。設(shè)計(jì)混凝土等級(jí)為C30,混凝土保護(hù)層厚度:底板下部為100mm,其余為40mm,混凝土量為1895m3,鋼筋總重量為312t,屬典型的大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是體積大,表面小,水泥水化熱釋放較集中,內(nèi)部溫升較快。如果不能有效地采取降低混凝土內(nèi)外溫差的技術(shù)措施,使其內(nèi)外溫差小于20℃時(shí),混凝土將會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫,影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用,所以必須從根本上加以分析,采取措施來保證施工的質(zhì)量。

1 大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因

造成大體積混凝土施工裂縫的原因是復(fù)雜的,而且是綜合性的,主要有以下幾種:

由于溫差較大引起的,混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大,砼內(nèi)部膨脹高于外部,此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力,而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低,因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大,離開表面就很快減弱,因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生,表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。

由結(jié)構(gòu)溫差較大,受到外界的約束引起的,當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基(例如樁基)上時(shí),又沒有采取特殊措施降低,放松或取消約束,或根本無法消除約束,易發(fā)生深進(jìn),直至貫穿的溫度裂縫。

混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土(特別是泵送大流態(tài)混凝土)施工中也是非常多的?；炷翝仓尚秃?養(yǎng)護(hù)工作不到位,沒有及時(shí)地進(jìn)行表面履蓋,表面水份散失過快,導(dǎo)致混凝土內(nèi)部與外部不均勻收縮。其表面干收縮大于其內(nèi)部干收縮值。由于此干縮快慢差而形成的混凝土表面拉應(yīng)力,也是混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因。主要表現(xiàn)在振搗不密實(shí),沉實(shí)不足,或者骨料下沉,表層浮漿過多,混凝土澆筑后,沒有及時(shí)抹壓實(shí)(特別是初凝前的二次拌壓),且表面覆蓋不及時(shí),受風(fēng)吹日曬,表面水份散失快,產(chǎn)生干縮,混凝土早期強(qiáng)度又低,不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開裂。

2 混凝土的配合比設(shè)計(jì)

水泥的選用:應(yīng)盡量選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥,優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

粗細(xì)骨料:粗骨料宜采用連續(xù)級(jí)配,細(xì)骨料應(yīng)選用細(xì)度模數(shù)在2.7~3.1之間含泥量最低的中砂。大體積混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下,應(yīng)提高摻合料及骨料的含量,以降低單方混凝土的水泥用量。

減水劑:為滿足和易性和減緩水泥早期水化熱發(fā)熱量的要求,宜在混凝土中摻入適量的緩凝型減水劑。除加入減水劑外,有些混凝土還要根據(jù)需要加入其他外加劑,如引氣劑、膨脹劑、泵送劑等。

根據(jù)以上原則,結(jié)合工程實(shí)際情況,經(jīng)多次試驗(yàn)后確定了適宜的施工配合比為:Po42.5水泥300Kg、機(jī)制中砂914Kg、碎石981Kg、Ⅱ級(jí)粉煤灰74Kg、減水緩凝型外加劑4.96Kg。

3 混凝土的澆筑與振搗

澆筑方案,除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外,還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響,常采用的方法有以下幾種:

全面分層。即在第一層全面澆筑完畢后,再回頭澆筑第二層,此時(shí)應(yīng)使第一層混凝土還未初凝,如此逐層連續(xù)澆筑,直至完工為止。這種方案適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸不太大,施工時(shí)從短邊開始,沿長(zhǎng)邊推進(jìn)比較合適。

分段分層?；炷翝仓r(shí),先從底層開始,澆筑至一定距離后澆筑第二層,如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多,所以澆筑到頂后,第一層末端的混凝土還未初凝,又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時(shí)間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少,結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長(zhǎng)度較大的工程。

斜面分層。要求斜面坡度不大于1/3,適用于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度大大超過厚度3倍的情況。

依據(jù)本工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)尺寸,混凝土澆筑方案選用斜面分層法進(jìn)行澆筑,即從結(jié)構(gòu)平面長(zhǎng)方向的一端開始,逐漸向另一端推進(jìn)上移?；炷恋恼駬v也要適應(yīng)斜面分層澆筑工藝,采取在每個(gè)斜面層的上、下各布置一道振動(dòng)器,中間每隔約6米布置一道振動(dòng)器。上面的一道布置在混凝土卸料處,保證上部混凝土的搗實(shí)。下面一道振動(dòng)器布置在近坡腳處,確保下部混凝土密實(shí)。隨著混凝土澆筑的向前推進(jìn),震動(dòng)器也相應(yīng)跟上。為保證混凝土澆筑振搗密實(shí),每一澆筑層厚度應(yīng)控制在500mm左右,澆筑層振搗按從坡腳處逐漸上移的程序進(jìn)行振搗,且要求振動(dòng)棒需插入下層混凝土約50mm。

4 混凝土的溫控措施

4.1 水泥水化熱溫升計(jì)算

混凝土升溫時(shí)間較短,根據(jù)工程實(shí)踐,一般在澆筑后的二至三天內(nèi),混凝土彈性模量低、基本處于塑性與彈塑性狀態(tài),約束應(yīng)力很低。當(dāng)水化熱溫升至峰值后,水化熱能耗盡,繼續(xù)散熱引起溫度下降,隨著時(shí)間逐漸衰減。作為工程預(yù)控措施,經(jīng)試驗(yàn)選用低水化熱的P.O42.5水泥,并利用摻合料減少水泥單方用量。根據(jù)確定混凝土配合比,經(jīng)計(jì)算水泥水化熱溫升和各齡期溫差值如下:

Tmax=CQ/c=(300×461)/(0.96×2450)=58.8℃

混凝土各齡期內(nèi)外溫差:1d齡期:?駐T=9.3℃;3d齡期:?駐T=24.62℃;7d齡期:?駐T=34.13℃;15d齡期:?駐T=34.57℃

由以上計(jì)算可知,養(yǎng)護(hù)期內(nèi)混凝土內(nèi)外溫差最大為34.57℃,大于《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-92)中關(guān)于大體積混凝土溫度內(nèi)外溫差為20℃的規(guī)定,應(yīng)采取措施降低混凝土內(nèi)外溫差。

4.2 混凝土溫度裂縫措施

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),結(jié)合施工期(7至9月)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料和實(shí)際情況,同時(shí)采取以下措施降低混凝土的內(nèi)外溫差,控制其因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫問題。

采用內(nèi)部降溫法降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管,通入冷卻水,降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時(shí)就開始進(jìn)行,可有效控制因混凝土內(nèi)外溫差而引起的混凝土開裂。鑒于汽輪發(fā)電機(jī)基座底板厚度大,采用三層DN25的普通焊管作冷卻循環(huán)水管來降低混凝土內(nèi)部水化熱,并在冷卻循環(huán)水管上安裝測(cè)溫孔以觀察混凝土內(nèi)部溫度的變化情況。每層使用一個(gè)進(jìn)水口,即在冷卻循環(huán)水入口處設(shè)置三個(gè)進(jìn)水口并安裝閥門,根據(jù)實(shí)測(cè)的混凝土內(nèi)部溫度及時(shí)調(diào)整冷卻水的流量;必要時(shí)啟動(dòng)增壓水泵增大冷卻水量和流速,以控制混凝土內(nèi)外溫差小于20℃。

保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料。用兩層塑料薄膜加一層濕潤(rùn)草袋覆蓋養(yǎng)護(hù),以提高混凝土表面溫度。在緩慢的散熱過程中,使混凝土獲得必要的強(qiáng)度,以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

4.3 混凝土測(cè)溫孔采用DN25的普通焊管,每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)上安裝2根測(cè)溫管。長(zhǎng)度按測(cè)溫深度進(jìn)行埋設(shè),且上下端封閉,待測(cè)溫時(shí)再開啟。測(cè)溫孔安裝結(jié)束后必須檢查溫管埋設(shè)是否安裝牢固,位置是否正確。測(cè)溫從開始澆筑后10小時(shí)開始測(cè)量,白天每隔2小時(shí)測(cè)量一次,夜晚每隔4小時(shí)測(cè)量一次,并做好每一次的測(cè)溫記錄

4.4 混凝土拆模時(shí),混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

結(jié)語

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能,通過采取以上方法來降低混凝土的水化熱產(chǎn)生的內(nèi)外溫度差,大體積混凝土澆筑中出現(xiàn)的開裂問題得到有效的控制,經(jīng)拆模后檢測(cè):混凝土表面平整密實(shí),未發(fā)現(xiàn)有表面裂紋現(xiàn)象,表觀質(zhì)量得到好評(píng)。