電站設(shè)備基礎(chǔ)大體積混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究

孫玉祥

【摘 要】燃煤燃氣電站設(shè)備如發(fā)電機、汽輪機、燃氣輪機、送引風機、鍋爐承重基礎(chǔ)等工程中存在大量的大體積混凝土基礎(chǔ)，項目建設(shè)涉及到建筑、電氣、鍋爐、燃機、汽機及熱控等多項專業(yè)。特別是基礎(chǔ)大體積混凝土的成型及溫度收縮應(yīng)力裂縫控制是大體積混凝土基礎(chǔ)施工是最基礎(chǔ)的工作，它在項目建設(shè)過程中出了問題都將影響后續(xù)項目及整個項目建設(shè)進程。其建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)乎整個項目最終的交付使用。在這些重難點項目上我們采用常規(guī)的質(zhì)量控制措施之外，在管理上狠抓“人”（ man）的核心因素、在技術(shù)上側(cè)重創(chuàng)新、注重將學科前沿的研究成果應(yīng)用到工程實踐中去；突出“方法（method）”這一重要因素，燃氣電站建筑工程項目中重點和難點技術(shù)上采取了強有力技術(shù)創(chuàng)新措施。

【關(guān)鍵詞】電站 混凝土 質(zhì)量控制技術(shù)

1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)力裂縫機理

（1）大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面尺寸比較大，混凝土澆筑以后，由于水泥的水化熱使內(nèi)部溫度急劇上升，此時混凝土彈性橫量很小，徐變較大，升溫引起的壓應(yīng)力并不大；但在日后溫度逐漸降低時，彈性模量比較大，徐變較小，在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當大的拉應(yīng)力。（2）混凝土是脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的l/10 左右；拉伸變形能力也很小，短期加載時的極限拉伸變形只有（6～1.0）×10-1，約相當于溫度降低 6～10℃的變形；長期加載時的極限拉伸變形也只有（1.2～2.0）×10-1。在施工過程中和運行期間，大體積混凝土結(jié)構(gòu)中往往會由于溫度的變化而產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，要把這種溫度變化所引起的拉應(yīng)力限制在允許范圍以內(nèi)是頗不容易的。大體積混凝土裂縫的形成機理，總體上可分為兩類：一是混凝土收縮變形約束裂縫，如混凝土溫縮和干縮變形因為受到約束所引起的約束拉伸裂縫；二是混凝土結(jié)構(gòu)的荷載裂縫，指結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載或其它外力作用下所引起的裂縫。溫度收縮是混凝土因隨周圍環(huán)境溫度下降而產(chǎn)生的溫度變形。對于大體積混凝土而言，溫度收縮是引起混凝土開裂的主要因素之一。大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后，由于水泥凝結(jié)過程散發(fā)大量水化熱，導致混凝土體積膨脹，達到最高溫度后，隨著熱量的散失，溫度將降低到一個穩(wěn)定溫度場或準穩(wěn)定溫度場，產(chǎn)生溫降，導致體積收縮。

2 原材料控制

（1）要求商品混凝土供應(yīng)站選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。（2）用粒徑較大，級配良好的粗骨料，嚴格控制其含泥量（砂<3%，碎石<1%）。

3 進行配合比優(yōu)化

當前在工程實踐當中，配合比并未有隨著材料的實際情況（如含水率、含泥量等）而及時改變，導致配合比并不具有施工指導意義，鑒于此種情況，我們?nèi)匀灰浴叭恕睘橹行?，強化組織的有效性，采取如下措施對配合比進行優(yōu)化控制：

（1）與商品混凝土供貨商共同協(xié)商，采用加粉煤灰等摻合料或減水劑、改善和易性、降低水灰比，以達到減少水泥用量、降低水化熱和收縮量的目的。（2）據(jù)混凝土配合比和澆筑塊大小進行收縮應(yīng)力計算，控制收縮應(yīng)力小于混凝土抗拉應(yīng)力?；炷林械姆蔷鶆驖穸确植紩鸩町惛煽s變形，使結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力并可能導致裂縫。

混凝土中濕度場的確定是干縮應(yīng)力計算的前提，由于影響濕度的因素較多，試驗測試困難較大。為了很好控制濕度變化而引起的收縮應(yīng)力，我們?nèi)細怆娬綯QC小組對該領(lǐng)域當前的最新研究成果進行了研究和吸收，根據(jù)河海大學王建博士后擬合得出混凝土收縮應(yīng)變最終值可采用公式：

（1）

式（1）中： 為單位體積灰泥（水加水泥）量，單位 ，ε的單位為μm。

再據(jù)混凝土材料的本構(gòu)方程 （2）

便可算出混凝土的收縮應(yīng)力。根據(jù)我們TQC小組部分專家成員研究結(jié)論，要求商品混凝土公司研制出對混凝土干縮應(yīng)力有明顯控制成效的配合比。

4 溫度應(yīng)力控制

4.1 溫度應(yīng)力裂縫形成

（1）混凝土澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度很快上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)外約束。結(jié)果混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，面層產(chǎn)生拉應(yīng)力，當該拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。（2）混凝土澆筑后數(shù)日，水泥水化熱基本上已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起混凝土收縮，再加上由于混凝土中多余水份蒸發(fā)、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導致產(chǎn)生溫度應(yīng)力（拉應(yīng)力），當該溫度應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫。

上述混凝土溫度應(yīng)力的大小取決于水泥、水化熱、拌合澆筑溫度、大氣溫度、收縮變形及當量溫度等因素，總結(jié)過去大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的情況，可知道產(chǎn)生裂縫的具體原因。

4.2 溫度應(yīng)力影響因素

（1）水泥水化熱。水泥在水化過程中要產(chǎn)生一定的熱量，是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，所以會引起急驟升溫。（2）混凝土的導熱性能。熱量在混凝土內(nèi)傳遞的能力反映在其導熱性能上?；炷恋膶嵯禂?shù)越大，熱量傳遞率就越大，則其與外界熱交換的效率也越高，從而使混凝上內(nèi)最高溫升降低，同時也減小了混凝土的內(nèi)外溫差?；炷恋膶嵝阅茌^差，澆筑初期，混凝土的彈性模量和強度都很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應(yīng)力較小。（3）約束條件。結(jié)構(gòu)在變形變化時，會受到一定的抑制而阻礙其自由變形，該抑制即稱“約束”。大體積混凝土由于溫度變化產(chǎn)生變形，這種變形受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力。無約束就不會產(chǎn)生應(yīng)力，因此，改善約束對于防止混凝土開裂有重要意義。（4）外界氣溫變化。大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土開裂有重大影響?；炷恋膬?nèi)部溫度是澆筑溫度（既混凝土的入模溫度），可以預(yù)見，混凝土的入模溫度越高，它的熱峰值也必然越高，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。（5）混凝土的收縮變形?；炷现械乃萦谢瘜W結(jié)合水、物理-化學結(jié)合水和物理力學結(jié)合水，其中80%的水份需要蒸發(fā)，只有20%的水份是水泥硬化所必須的?；炷猎谒嗨^程中多余水份的蒸發(fā)會引起混凝土產(chǎn)生體積變形，多數(shù)是收縮變形，少數(shù)為膨脹變形，這主要取決于所采用的膠凝材料的性質(zhì)。混凝上中多余水份的蒸發(fā)是引起混凝土體積收縮的主要原因之一。（6）大體積混凝土的幾何尺寸。大體積混凝底板的長度對裂縫也有影響，底板越長，越容易產(chǎn)生裂縫，這是因為溫度應(yīng)力與澆筑塊長度有關(guān)。

4.3 混凝土溫度控制

（1）該工程部分大體積混凝土正好在夏季進行施工，如燃機基礎(chǔ)等。夏季采用冰水攪拌混凝土，對骨料進行覆蓋遮陽。混凝土澆筑時應(yīng)進行溫度測量，入模溫度控制在30℃以內(nèi)，并盡可能的低。（2）混凝土核心溫度與混凝土表面溫度之差，混凝土表面溫度與環(huán)境間溫度之差控制在20℃以內(nèi)，基面溫度和基底面溫度之差應(yīng)控制在18℃以內(nèi)。以防止溫度應(yīng)力過大導制混凝土開裂。（3）在混凝土入模終凝后，盡早做好混凝土保溫保濕養(yǎng)護。為縮小混凝土中心溫度與表層溫度的溫差，多加了二層麻包和一層塑料薄膜，以免降溫梯度過大。

5 混凝土澆筑控制

（1）在規(guī)范允許或征得設(shè)計認可的前提下，盡可能采取分層或分塊降低表面系數(shù)的方法澆灌筑大體積混凝土。（2）澆筑過程中應(yīng)及時排除混凝土表面泌水?？刹捎盟芰瞎芾煤缥磉厺仓吪潘徊荒懿捎煤缥椒〞r，水較少時，可在模板上打眼排水或采用海綿人工吸水等方法排除泌水。（3）根據(jù)混凝土體積大小，盡可能采用多臺泵車多點布料。水平全面分層澆筑，每層澆筑厚度控制在30cm以內(nèi)。（4）混凝土分層振搗并采用二次振搗工藝，保證混凝土振搗密實，并排出孔隙水，減小混凝土收縮量。（5）混凝土終凝前用鐵磙進行二次壓實表面，再用木蟹打毛以控制混凝土表面凝縮裂紋的出現(xiàn)。

6 混凝土養(yǎng)護控制

（1）混凝土入模終凝后在基礎(chǔ)上表面覆蓋一層麻袋片澆水充分濕潤覆蓋塑料薄膜一層保濕，后再蓋一層或根據(jù)環(huán)境溫度加蓋多層草包，側(cè)模外表面覆蓋雙層草包（搭接），外面用塑料薄膜包裹嚴實。根據(jù)監(jiān)測的溫差情況，必要時再用油布包裹一層。（2）對于大體積混凝土的養(yǎng)護我們一定要突破一個誤區(qū)，混凝土表面溫度增加并非是不允許的，在施工中我們特別強調(diào)溫度應(yīng)力裂縫主要是由于混凝土內(nèi)外溫度差引起的，所以許多基層施工人員認為升溫就澆水降溫是錯誤的。

7 混凝土測溫控制

（1）測溫點布設(shè)原則：測溫點的布設(shè)應(yīng)有效地測得大體積混凝土各截面高度、核心、邊緣的溫度變化值。在大體積混凝土施工時，按測溫點布設(shè)原則進行設(shè)計并在施工中實施。（2）采用人工測溫，在當混凝土內(nèi)外溫差在20℃以內(nèi)和混凝土內(nèi)部最高溫度與大氣溫度之差小于20℃時，即可停止測溫工作。（3）當混凝土內(nèi)外溫差有超過20℃趨勢時，應(yīng)及時通知調(diào)整保溫及養(yǎng)護措施，加蓋麻包，必要時對迎風面應(yīng)加蓋油布、帆布覆蓋。

參考文獻：

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