渣水淬池設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)

李 浩

北京礦冶科技集團(tuán)有限公司（100160）

0 前言

水淬渣是把熔融狀態(tài)的高爐爐渣置于水中急速冷卻而形成的，主要有渣池水淬和爐前水淬兩種方式[1]。水淬渣具有潛在的水硬膠凝性能，常作為建材料，用于生產(chǎn)水泥和混凝土。 渣水淬池一般由水池及露天抓斗吊車(chē)兩部分構(gòu)成。

1 渣水淬池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)荷載

水池結(jié)構(gòu)上的作用主要可分為永久作用和可變作用兩類。 永久作用應(yīng)包括結(jié)構(gòu)自重、土的豎向壓力和側(cè)向壓力、水池內(nèi)的盛水壓力、地基的不均勻沉降等；可變作用應(yīng)包括地表或地下水壓力（側(cè)壓力、浮托力）、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫（濕）度變化作用、地面堆積荷載等[2]?；炷林饕惺艿踯?chē)荷載，包括吊車(chē)豎向荷載及水平剎車(chē)荷載。

渣水淬池一般是露天水池，根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》，暴露在大氣中的水池池壁的溫度變化作用，應(yīng)由池壁的壁面溫差確定。 根據(jù)該規(guī)程第4.3.5 條規(guī)定，壁板的內(nèi)外側(cè)壁壁面溫差與壁板內(nèi)側(cè)水的計(jì)算溫度、壁板外側(cè)的大氣溫度相關(guān)，而且壁板內(nèi)側(cè)水的計(jì)算溫度采用年月最低的平均水溫，壁板外側(cè)的大氣溫度采用當(dāng)?shù)啬暝陆y(tǒng)計(jì)的最低平均溫度。 但是渣水淬池的工作狀態(tài)與規(guī)程本條的規(guī)定并不完全一致。

渣水淬池正常工作時(shí)，高溫熔融狀態(tài)的冶煉渣通過(guò)溜槽直接流入水淬池中，池中溫度瞬間升高，池壁壁面兩側(cè)的溫差非常大。 根據(jù)部分冶煉廠的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，渣水淬池正常工作時(shí)水的溫度大約是80 ℃，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的溫差荷載，因此在渣水淬池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要著重考慮溫度荷載的影響。

1.2 水池結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

水池結(jié)構(gòu)受力計(jì)算主要有傳統(tǒng)計(jì)算方法、有限元分析方法。

1）傳統(tǒng)計(jì)算方法在進(jìn)行水池受力計(jì)算時(shí)，池底一般采用無(wú)梁樓蓋模型計(jì)算；水池側(cè)壁水平跨度較小時(shí)按照三邊固定板來(lái)計(jì)算，當(dāng)其水平跨度很大時(shí)按照底部固定的懸臂板來(lái)計(jì)算；混凝土柱按懸臂構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。 該方法采用比較簡(jiǎn)單的計(jì)算假定，傳力明確，當(dāng)水池與計(jì)算假定接近時(shí)，計(jì)算精度能滿足設(shè)計(jì)要求。

2）有限元分析法采用有限元模型對(duì)池壁、池底及混凝土柱進(jìn)行模擬分析。 當(dāng)施加合適的邊界條件和荷載條件后，可以得到各個(gè)單元的準(zhǔn)確內(nèi)力，進(jìn)而指導(dǎo)配筋。 通常水池的底板及側(cè)壁均采用板單元進(jìn)行模擬，同時(shí)將彈簧邊界約束板單元做為模擬邊界條件[3]，混凝土柱一般采用梁?jiǎn)卧M，梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)與板單元節(jié)點(diǎn)耦合以模擬水池側(cè)壁對(duì)混凝土柱的約束作用。 當(dāng)彈簧剛度取值合適時(shí)，計(jì)算結(jié)果非常接近實(shí)際受力狀態(tài)。

1.3 渣水淬池構(gòu)造要求

渣水淬池工作時(shí)，池壁處于高溫狀態(tài)，同時(shí)由于受礦渣中化合物的影響，水質(zhì)惡劣，渣水淬池池壁內(nèi)側(cè)的環(huán)境類別為五類環(huán)境[4]，水池內(nèi)側(cè)混凝土保護(hù)層最小值一般取50 mm。

熔渣與水接觸瞬間， 會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣，對(duì)水池上的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕，如露天吊車(chē)的檢修平臺(tái)、爬梯及欄桿等。 在設(shè)計(jì)時(shí)，這些鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件建議采用不銹鋼材質(zhì)，以避免構(gòu)件受到嚴(yán)重腐蝕，影響使用安全。

2 施工注意事項(xiàng)

2.1 施工順序

水池的施工順序： 墊層→池底板→池壁板→試水→抹灰。

水池模板常采用組合鋼模板，支設(shè)分池底、池壁兩部分進(jìn)行。 為池壁支模及處理施工縫方便，同時(shí)防止施工縫設(shè)在底板彎矩最大處，底板與池壁施工縫設(shè)在離底板上表面350～450 mm 處。 水池底模應(yīng)一次性支好，包括與池壁連接施工縫以下部分。 池壁、池頂模板在底板混凝土澆筑后一次支設(shè)成型。池壁模板支設(shè)應(yīng)采用有支撐模板體系，在池內(nèi)底板上搭設(shè)鋼管腳手架，形成穩(wěn)固的支撐體系。

2.2 施工誤差

水池施工誤差主要有鋼筋誤差、水池尺寸誤差、標(biāo)高誤差及預(yù)埋件誤差等。 其中鋼筋誤差主要包括相鄰鋼筋間距誤差，鋼筋長(zhǎng)度誤差及保護(hù)層厚度誤差；水池尺寸誤差主要包括水池平面尺寸、截面尺寸及垂直度等； 標(biāo)高誤差主要包括水池底板頂標(biāo)高，水池側(cè)壁頂標(biāo)高及混凝土牛腿頂標(biāo)高等；預(yù)埋件誤差主要是預(yù)埋件平面位置及其立面標(biāo)高。

渣水淬池設(shè)計(jì)，尤其需要重視對(duì)混凝土柱誤差的控制。 因?yàn)榛炷林矫嫖恢眉芭Ｍ葮?biāo)高直接影響吊車(chē)的安裝及運(yùn)行。

2.3 水池滲水、漏水

渣水淬池中水質(zhì)較差，一旦發(fā)生泄露，不僅會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成危害，而且會(huì)腐蝕池壁內(nèi)的鋼筋影響水池的使用壽命。

由于混凝土具有良好的抗?jié)B性能，所以同批澆筑的混凝土部分一般很少發(fā)生滲水及漏水情況。 漏水主要發(fā)生在不同批次澆筑的混凝土施工縫處。 在施工過(guò)程中，施工縫處必須要設(shè)置止水帶，止水帶應(yīng)位于池壁中央，并且保持垂直狀態(tài)，形成閉合環(huán)路。 同時(shí)，施工縫內(nèi)外兩側(cè)應(yīng)按要求設(shè)置防水貼予以加強(qiáng)。

3 結(jié)論

渣水淬池正常使用過(guò)程中池內(nèi)的水溫較高，進(jìn)行水池內(nèi)力計(jì)算時(shí)，要重點(diǎn)考慮溫度荷載對(duì)池壁受力的影響。

渣水淬池正常工作時(shí)，環(huán)境較差，應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)構(gòu)造措施，以增加水池的使用壽命。

渣水淬池施工過(guò)程中，應(yīng)合理選擇施工順序，盡量減少施工縫數(shù)量，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制關(guān)鍵部位的施工誤差，并做好防水措施。