3200m3高爐基礎(chǔ)大體積混凝土溫度裂縫控制

李?lèi)?ài)國(guó)

(山鋼集團(tuán)萊鋼規(guī)劃發(fā)展部，山東萊蕪 271104)

眾所周知，在大體積混凝土澆筑過(guò)程中，由于水泥水化熱引起的澆筑體內(nèi)部的溫度—收縮應(yīng)力劇烈變化，導(dǎo)致混凝土澆筑體發(fā)生裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和壽命。鋼鐵企業(yè)的高爐、熱風(fēng)爐、均熱爐和轉(zhuǎn)爐等大型設(shè)備基礎(chǔ)，混凝土澆筑量都較大，因此，如何控制溫度，有效防止混凝土出現(xiàn)有害裂縫，保證工程質(zhì)量，一直是鋼鐵企業(yè)大型設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土工程中一個(gè)重要課題。本文將以某鋼鐵企業(yè)3200 m3高爐基礎(chǔ)工程為例，做初步探討。

1 工程概況

某鋼鐵企業(yè)3200 m3高爐基礎(chǔ)工程，長(zhǎng)46 m，寬31 m，最大高度9.85 m，強(qiáng)度等級(jí)C30，耐熱基墩0.8 m以上為450℃耐熱混凝土。高爐基礎(chǔ)工程混凝土量約為14 290 m3，其中填充約為7 000 m3，基礎(chǔ)本體混凝土量約為6 500 m3，耐熱混凝土量約為790 m3。該基礎(chǔ)目前是山東省冶金行業(yè)最大的大體積混凝土基礎(chǔ)，于2008年9月19日開(kāi)始澆筑，9月23日完成。

2 混凝土各齡期溫度應(yīng)力、內(nèi)外溫差及抗裂驗(yàn)算

混凝土澆筑前，工程技術(shù)人員首先對(duì)施工階段的混凝土澆筑體溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力等進(jìn)行了計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)算，混凝土各齡期里表溫差均小于25℃(見(jiàn)表1)，且抗裂安全系數(shù)均不小于1.15，表明混凝土抗裂是安全的，不會(huì)出現(xiàn)裂縫。

3 混凝土現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫

表1 高爐基礎(chǔ)各齡期混凝土內(nèi)外溫度對(duì)比表

3.1 測(cè)溫點(diǎn)布置

混凝土澆筑前，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)兩套測(cè)溫點(diǎn)系統(tǒng)，然后采用自動(dòng)及便攜式電子測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫，共設(shè)計(jì)8個(gè)便攜式手工測(cè)溫點(diǎn)和8個(gè)自動(dòng)測(cè)溫點(diǎn)，兩套測(cè)溫方案按中心點(diǎn)斜角對(duì)稱(chēng)設(shè)置(測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1)。每點(diǎn)埋設(shè)按每1 500 mm高設(shè)置一傳感線(測(cè)溫探頭)。上點(diǎn)底距離表面200 mm，中點(diǎn)居中，下點(diǎn)底距離基底20 mm。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)測(cè)溫全過(guò)程進(jìn)行跟蹤分析，一旦混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差達(dá)到20℃，立即采取增加保溫層厚度的應(yīng)急措施，保持混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)25℃。

在擬定平面布置測(cè)溫點(diǎn)處，采用φ25鋼筋豎向焊接固定在鋼筋網(wǎng)片角鋼固定架上，測(cè)溫導(dǎo)線沿鋼筋敷設(shè)并固定在鋼筋上。測(cè)溫導(dǎo)線探頭在混凝土澆筑之前預(yù)先用膠布固定在設(shè)計(jì)位置，手動(dòng)測(cè)溫點(diǎn)部分在上端插頭處做上標(biāo)記以防混淆，用塑料袋將每組豎向插頭包裹在一起，防止被混凝土污染;全自動(dòng)測(cè)溫點(diǎn)部分直接將上端插頭連接在電腦上，混凝土澆筑前先行連線調(diào)試合格。

在混凝土澆筑過(guò)程中，時(shí)刻注意混凝土不得直接沖擊測(cè)溫導(dǎo)線及探頭，施工人員時(shí)刻注意不得損傷測(cè)溫導(dǎo)線及探頭。

為準(zhǔn)確測(cè)量底板溫度，采用全面十字布點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)水平間距10 m，豎向布點(diǎn)3個(gè)，上、下兩點(diǎn)分別距上、下表面20 cm，中點(diǎn)居中，在綁扎傳感器時(shí)應(yīng)避免與鋼筋直接接觸，防止因鋼筋導(dǎo)熱系數(shù)大，直接接觸后傳導(dǎo)的數(shù)據(jù)失真，綁完后進(jìn)行全面校核，保證測(cè)點(diǎn)編號(hào)清晰，并要及時(shí)掌握混凝土內(nèi)外溫差，所有測(cè)孔均應(yīng)編號(hào)。

3.2 測(cè)溫時(shí)間

在最底層測(cè)溫點(diǎn)被混凝土覆蓋后，開(kāi)始測(cè)溫，時(shí)間間隔2 h測(cè)溫一次，5 d后可每4 h測(cè)溫一次，每次測(cè)溫的同時(shí)記下環(huán)境溫度。測(cè)溫記錄直接進(jìn)入電腦。當(dāng)混凝土表面溫度與大氣溫度接近，大氣溫度與混凝土中心溫度差不大于20℃時(shí)，可解除保溫停止測(cè)溫。在混凝土澆筑過(guò)程中，每4 h對(duì)混凝土的出罐溫度和入模溫度進(jìn)行一次測(cè)溫。安排專(zhuān)人施測(cè)。

3.3 測(cè)溫曲線

進(jìn)行混凝土內(nèi)部不同深度和表面溫度的測(cè)量，測(cè)溫工作應(yīng)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)，測(cè)溫記錄應(yīng)詳細(xì)，并繪制成相應(yīng)溫差變化曲線(如圖2所示8號(hào)點(diǎn)測(cè)溫曲線圖)，以此數(shù)據(jù)作為對(duì)混凝土施工和控制質(zhì)量的依據(jù)，嚴(yán)禁采取通過(guò)沿孔的高度變動(dòng)溫度計(jì)的方法來(lái)測(cè)豎孔中不同高度未知的溫度。對(duì)每一次的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)整理后進(jìn)行熱工計(jì)算，遇有特殊情況(氣溫驟降或混凝土內(nèi)外溫差接近25℃時(shí))要及時(shí)報(bào)告專(zhuān)業(yè)監(jiān)理工程師，采取緊急保溫措施，以防止混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力和裂縫。降溫速度原則上每天不大于1.5℃。

4 混凝土養(yǎng)護(hù)

本工程采取保溫法控制混凝土的內(nèi)外溫差。經(jīng)計(jì)算，保溫層厚50 mm，采取分兩層覆蓋，即每層25 mm，另備用一層保溫層。保溫層采用氈被。在澆筑完混凝土，將混凝土二次抹面完成后，立即灑溫水(水溫與表面混凝土基本同溫)，前面灑水，后面緊隨著在其表面覆蓋一層塑料薄膜(30 g/m2～40 g/m2)，搭接長(zhǎng)度不小于200 mm，給混凝土創(chuàng)造一個(gè)均勻養(yǎng)護(hù)濕度。隨后用一層氈被進(jìn)行覆蓋，氈被上面再覆蓋一層塑料薄膜進(jìn)行防水覆蓋。養(yǎng)護(hù)一定要與測(cè)溫配合進(jìn)行。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差示不小于20℃時(shí)，立即加厚保溫層厚度，降低結(jié)構(gòu)表面的熱量散失，使內(nèi)外溫差不超過(guò)25℃;-3.5 m以下結(jié)構(gòu)側(cè)面保溫層在-1.0 m以下混凝土澆筑完成后，開(kāi)始拆除該部分模板支撐(模板背楞不拆除)，然后進(jìn)行覆蓋保溫層，覆蓋方式同結(jié)構(gòu)上表面(保溫層用綁絲連接在鋼模板上)，同時(shí)注意保溫層的固定，保證混凝土的保溫養(yǎng)護(hù)條件，以使混凝土始終處于保溫和濕潤(rùn)狀態(tài)。爐底框架柱和爐底安裝施工時(shí)，不可避免的需拆除部分保溫層。在實(shí)際操作時(shí)，根據(jù)測(cè)溫記錄選取內(nèi)外溫差小于25℃環(huán)境下施工，并且隨施工隨恢復(fù)保溫層。保溫層拆除時(shí)，要保證混凝土內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度差要小于20℃，并在中午氣溫較高時(shí)才可安排保溫層拆除，拆除后立即組織驗(yàn)收回填，盡可能減少混凝土暴露時(shí)間。

為防止?jié)仓A柱體混凝土?xí)r產(chǎn)生的泌水，影響-1.0 m以下混凝土保溫效果，采取在-1.0 m圓柱體四周和南北兩側(cè)抹出引水溝。

5 應(yīng)用情況

以上溫度控制措施實(shí)施以后，溫度變化情況符合正常規(guī)律。以某一測(cè)點(diǎn)溫度為例，該點(diǎn)在澆筑混凝土4 h后開(kāi)始升溫，平均每小時(shí)升溫0.427℃，3d后達(dá)到最高溫度69.8℃，維持一段時(shí)間后，開(kāi)始降溫，平均每天降溫0.89℃，齡期40 d時(shí)降到36.8℃，接近大氣溫度，說(shuō)明降溫緩慢，符合防裂要求。

6 結(jié)語(yǔ)

某鋼鐵企業(yè)3200 m3高爐大體積混凝土基礎(chǔ)在正確的理論計(jì)算指導(dǎo)下，采取了合理的施工方案和有效的控溫防裂措施，經(jīng)過(guò)近5年的使用和觀察，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何有害裂縫和異?，F(xiàn)象。因此，對(duì)于大體積混凝土基礎(chǔ)，只要合理控制混凝土最高溫升值、里表溫差、降溫速率及混凝土表面與大氣的溫差，使其在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，是可以避免溫度裂縫的。