某煤化工項目費托反應器基礎大體積混凝土施工

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(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000)

引言

某煤化工油化電熱一體化油品合成項目，設計年綜合生產(chǎn)能力為180萬t。該工程費托反應器基礎分為兩部分，下部為鋼筋混凝土筏板基礎，長48.2 m，寬30.4 m，厚度3 m；上部為兩個Φ12 m圓形基礎，高度2 m，用于支撐反應器罐體。費托反應器廠房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主體總高度達50 m?；A處理采用混凝土灌注樁，設計墊層混凝土強度等級為C15，基礎混凝土強度等級為C35，混凝土澆筑量共4 850 m3，屬于大體積混凝土施工。根據(jù)業(yè)主的要求，基礎總體施工時間為2013年6月20日至7月31日。本文結(jié)合該工程的實踐，就大體積混凝土施工中的材料、配合比設計、混凝土澆搗工藝、溫度控制、養(yǎng)護措施等關鍵技術進行探討，供參考。

1 材料要求及配合比設計

1.1 材料要求

(1)水泥：選用潞城卓越P·S 42.5水泥，水泥的堿含量控制在3.0 kg/m3以下，氯離子含量控制在0.15%以內(nèi)，其3 d水化熱≯240 kJ/kg，7 d水化熱≯270 kJ/kg。水泥的其他性能指標應符合設計要求及GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定。根據(jù)試配，嚴格控制水泥用量，同時要求水泥有專庫儲存，貯存期不少于14 d，以保證水泥的安定性。

(2)外加劑：選用SF-2型高效泵送減水劑。在進行試配前，必須先檢測其減水率、相容性、緩凝時間以及對強度的影響情況等，以便有效地降低水化熱，調(diào)整水化熱的峰值時間，防止裂縫發(fā)生，提高抗?jié)B性。其性能指標應符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》的要求。

(3)摻合料：采用粉煤灰和磨細高爐礦渣粉，摻量為30%～40%，質(zhì)量要求為Ⅰ級，粉煤灰的性能指標應符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。利用粉煤灰的形態(tài)效應、微集料效應和活性效應，降低單位用水量，改善混凝土和易性，減少泌水離析現(xiàn)象。同時可減少水泥用量，降低水化熱，改變混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實度，增強其抗硫酸鹽侵蝕性及抗堿-集料反應性能。

(4)骨料：采用碎石，5～25 mm連續(xù)級配，累計篩余量為：20～25 mm，30%；10～20 mm，80%；5～10 mm，95%。石子的含泥量控制在1%以下，其性能指標應符合GB/T 14685—2011《建設用卵石、碎石》的要求。

(5)砂：選用中砂，細度模數(shù)在2.8～3.5之間，含泥量控制在3%以下。砂的其他性能指標應符合GB/T 14684—2011《建設用砂》的要求。

砂石及水泥等材料應在攪拌站搭設遮陽棚，避免在陽光下暴曬，混凝土攪拌用水應盡可能采用溫度較低的地下水，以降低混凝土的攪拌溫度及入模溫度。

1.2 配合比設計與混凝土施工性能要求

為保證大體積混凝土施工質(zhì)量，對配合比設計與混凝土施工性能的主要要求如下：

(1)水膠比：0.4～0.5。

(2)混凝土強度：C35。

(3)砂率：38%～40%。

(4)混凝土坍落度：160 mm±20 mm。

(5)混凝土初凝時間：>4 h。

(6)入模溫度：控制在25 ℃以下。

(7)充分利用混凝土的后期強度。

1.3 配合比試驗設計

采用當?shù)氐脑牧?，進行了多次不同配合比試驗。根據(jù)試驗結(jié)果，確定了該工程大體積混凝土的配合比(見表1)。

表1 大體積混凝土配合比 kg/m3

實測混凝土容重為2 436 kg/m3，和易性良好，28 d強度達到設計強度的108%，60 d強度達到設計強度的136%，抗?jié)B性能高于S10的要求，混凝土經(jīng)時坍落度90 min不超過35 mm，具有良好的泵送性，滿足施工要求。按文獻[1]中的方法進行計算，澆筑完成后t段時間的混凝土絕熱溫升見表2。

表2 混凝土的絕熱溫升計算值

該工程施工時面臨雨季，需考慮施工排水，但施工場地狹窄，而平面長度較長，應合理布局。

2 混凝土的攪拌、運輸和澆筑

2.1 混凝土攪拌與運輸

預拌混凝土由指定攪拌站負責，采用混凝土罐車運輸，每車裝載量為7.5 m3。根據(jù)筏板基礎施工平面布置、攪拌站生產(chǎn)能力、施工進度及人員等情況，在現(xiàn)場基坑兩側(cè)布置4臺汽車泵，每臺泵車配備5臺混凝土運輸車。

2.2 混凝土澆筑

該工程混凝土澆筑采用推移式連續(xù)澆筑，混凝土澆筑沿長邊方向自一端向另一端進行，應盡可能縮短間歇時間，并在前層混凝土初凝之前將次層混凝土澆筑完畢?；炷恋臐仓穸雀鶕?jù)所用振搗器的作用深度及混凝土的和易性確定，控制混凝土分層澆筑厚度≯500 mm，并應確保各層混凝土澆筑的連續(xù)性，上下層混凝土澆筑的時間間隔不得超過混凝土的初凝時間。分層澆筑混凝土時采用斜面分層法澆筑，遵循“斜向分層，分層振搗，循序鋪填”的方法，以確保混凝土的澆筑質(zhì)量。

大體積混凝土澆筑的勞動強度很大，在混凝土澆筑作業(yè)的人員按排上，每臺泵配備8人(1人放料，3人振搗，3人平整，1人看模)，配備3個班組，共96人輪換作業(yè)。本次混凝土澆筑在7月中旬，平均氣溫18～25 ℃，夜間最低氣溫12 ℃，白天最高氣溫32 ℃，晝夜溫差大，為確保大體積混凝土連續(xù)澆筑，另安排5人作為機動。

2.3 混凝土振搗

在每層混凝土的前后均布置振搗器，每個布料口布置4根，以確保中、下部混凝土的密實。澆筑向前推進時，振動器也相應跟上，對鋼筋密集處要特別加強振搗，以確保整個混凝土的質(zhì)量。

振搗方式采用單一的行列形式，不要與交錯式混用，以免漏振。振搗棒移動間距為500 mm，振搗棒距離模板300 mm。在振搗過程中，宜將振動棒上下略有抽動，以便上下振動均勻。對每一插點要掌握好振搗時間，用時過短不易振實，振搗時間過長又可能產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象，一般每個點的振搗時間為20～30 s，快插慢拔，以混凝土表面不再明顯下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準。對相鄰布料設備的接搓部位，振搗時應超出搭接部位至少500 mm，以免出現(xiàn)漏振。在振搗過程中，應特別注意對成品的保護，嚴禁振搗棒碰擊預埋螺栓、測溫探頭等，以防其發(fā)生變形和移位，振搗棒距離上述物件必須保持在300 mm左右。

為提高混凝土的密實度，改善其抗裂性能，混凝土振搗采用二次振搗的方法。在新澆混凝土覆蓋下一層混凝土時，振搗棒應插入下一層混凝土中50 mm左右進行振搗。二次振搗在混凝土初凝前完成。

2.4 混凝土表面處理

混凝土澆搗后，先按設計標高用2 m刮尺刮平，混凝土收水并開始初凝時，用木抹子進行抹壓，將面層的小凹坑、氣泡眼、砂眼和腳印等壓平。在混凝土終凝前再進行二次抹面，用木抹子找平，搓磨2～3次，以提高混凝土的表層密度，消除收縮裂縫及混凝土表面的其他痕跡，形成最終的混凝土面。

對圓形基礎區(qū)域采用人工鑿毛處理，除去混凝土表面的水泥薄膜、松動的石子和軟弱的混凝土層，并將其沖洗干凈，不得積水。

3 混凝土的測溫措施

3.1 測溫點布設

該工程混凝土的測溫分為熱電偶測溫和溫度計測溫兩種形式。溫度監(jiān)測點的布置范圍為基礎澆筑體平面對稱軸線的一半?yún)^(qū)域為測試區(qū)，在測試區(qū)內(nèi)監(jiān)測點按平面層布置。測溫點沿混凝土澆筑體厚度方向，自上而下50 mm、800 mm、1 500 mm、2 200 mm、2 950 mm，共5層布置，即混凝土外表、底面、中心以及上中部、下中部測溫點，共計60個，其中24個熱電偶，36個測溫孔。另外，在混凝土外表面的養(yǎng)護膜內(nèi)布置10個溫度測點，在大氣環(huán)境中布置氣溫測點2個，合計72個。測溫孔采用直徑Φ50 mm的鋼管。

3.2 熱電偶的安裝及保護

(1)為了防止所埋設的傳感器和導線遭到損傷或破壞，應在其他工序完工之后、混凝土澆筑之前鋪設。

(2)熱電偶安裝前，必須在水下1 m處經(jīng)浸泡24 h不損壞。

(3)熱電偶接頭的安裝位置應準確，固定應牢固，并應與結(jié)構(gòu)鋼筋及固定架金屬體絕熱。

(4)熱電偶的引出線宜集中布置，并予以保護。

(5)對熱電偶的周圍應進行保護，在測點部位設置標示牌。在混凝土澆筑過程中，下料時不得直接沖擊測溫元件及其引出線；振搗時，振搗器不得觸及測溫元件及引出線。

3.3 測溫要求

(1)自混凝土入模至澆搗完畢的3 d內(nèi)，每隔2 h測溫1次，此后每隔4 h測溫1次，溫度下降階段每8 h測溫1次。一般在14 d后可停止測溫；或溫度梯度<20 ℃時，可停止測溫。

(2)每測溫1次，應記錄、計算每個測溫點的升降值及溫差值，及時繪制各點的溫度變化曲線和斷面的溫度分布曲線。

(3)若混凝土內(nèi)外溫差>22 ℃，或發(fā)現(xiàn)溫控數(shù)值異常，必須迅速通知現(xiàn)場管理人員，并采取相應的措施。

4 混凝土體內(nèi)降溫措施

該工程采用內(nèi)部降溫的方法控制混凝土的內(nèi)外溫差，在夾層鋼筋上下各預埋1趟冷卻循環(huán)水管，送入循環(huán)冷卻水。冷卻水管采用Φ50 mm的鋼管，利用筏板基礎鋼筋支架固定，鋼管水平間距1 000 mm左右，上下層間按梅花形交錯布置，間距12 m設置1個進出水口，并將進水口與出水口分別串聯(lián)，在總進水口安裝閥門控制水的流量，以控制降溫速度?；炷恋睦鋮s在其剛澆完就開始進行，控制進水水溫>10 ℃，以防止水管周圍產(chǎn)生溫度裂縫。冷卻水管的出水引出排放至循環(huán)水池，供循環(huán)使用。當出水溫度過高時，可排至道路一側(cè)的排水溝。

5 混凝土的外保溫與養(yǎng)護措施

5.1 保溫

混凝土經(jīng)二次抹壓后，當人踩在上面無明顯腳印時，隨即用塑料膜覆蓋嚴實，加蓋兩層草袋，并利用降溫管排出的熱水進行保濕養(yǎng)護，以減少混凝土表面的熱擴散，延長散熱時間，減小混凝土內(nèi)外溫差。由于當?shù)貢円箿夭钶^大，入夜前，再在草袋表面覆蓋1層塑料薄膜。在養(yǎng)護過程中，可根據(jù)實測溫度及降溫梯度增減覆蓋層，當混凝土內(nèi)外溫差趨于25 ℃(溫差達20 ℃時報警)或降溫梯度趨于>1.1 ℃/d時，應適當保溫，可在表面增加草袋；當降溫梯度過小時，可減少草袋的層數(shù)。

5.2 養(yǎng)護

(1)在混凝土養(yǎng)護過程中，養(yǎng)護人員應經(jīng)常檢查草袋和薄膜的遮蓋情況，及時恢復受風吹動或人為移動的遮蓋物。

(2)要經(jīng)常檢查與混凝土面接觸的兩層草袋，使之保持濕潤，如果草袋干燥，則掀開上層薄膜和草袋澆水，然后將薄膜和草袋恢復原狀。

(3)養(yǎng)護人員應特別注意混凝土表面的變化情況，如果發(fā)現(xiàn)表面泛白或出現(xiàn)干縮細小裂縫時，應立即仔細遮蓋并充分澆水，延長澆水天數(shù)，以盡量補救。

(4)養(yǎng)護澆水時，不得將水管放在草袋上任水自流，必須邊澆水邊移動，應采取噴式澆水，不得直沖混凝土面。澆水完畢，應及時將薄膜和草袋恢復原狀。

5.3 養(yǎng)護期限

混凝土的養(yǎng)護時間至少為14 d，降溫梯度應保持在≯1.1 ℃/d。同時必須滿足以下兩個條件：混凝土中心溫度與表面溫度相差<25 ℃；表面溫度與環(huán)境溫度相差<15 ℃時，方可拆除保溫層和模板。

在養(yǎng)護期間，要求施工技術人員應隨時關注溫度測控數(shù)據(jù)及天氣變化情況，一旦出現(xiàn)異常，應及時對冷卻循環(huán)水和覆蓋層進行調(diào)整，保證各控制參數(shù)處于標準及規(guī)范的允許范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

該工程大體積混凝土施工自2013年7月6日開始，經(jīng)過近4個晝夜的連續(xù)澆筑，于7月10日結(jié)束，養(yǎng)護3周后拆模，混凝土表面未發(fā)現(xiàn)裂縫，證明所采用的施工方案是可行的。

參考文獻：

[1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.