基础底板大体积混凝土温度估算和温控施工.pdf

第 30卷 第 5期 2 0 0 8年 1 0月 石油 化工 建设 P e t r o l e u m a n d Cli e -mic a l Co R s t r u e t i o n VO 1 3 0 NO 5 0c t 20 0 8 基础底板大体积混凝土温度估算和温控施工 郑力 ( 中国石油兰州石油化工工程公司，甘肃兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘要通过工程实例 ， 结合大体积? 昆 凝土产生温度裂缝的主要原因， 在施工前对大体积 昆 凝土基础的温度 进行估算和验算，制定了一套完整的温度与裂缝控制方案，并对温控施工效果进行分析和总结。实 践证明取得了良好的效果，值得在类似的大体积混凝土基础工程中推广和应用。 关键词大体积? 昆 凝土裂缝 成因温度 估算温控施工 中图分类号 TU7 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 3 2 3( 2 0 0 8 )0 5 0 0 1 5 0 7 我 国石油石 化行业 正处 于高速 发展 时期 ， 大 型 、 超 大型石油石化建设项 目越来越多，随之而来的是炼化 设备、 结构的不断加大， 这将必然导致基础底板截面尺 寸的不断加大。然而大体积混凝土施工 中温度裂缝的 控制仍然是国内外混凝土施工中面临的一大难题。 独山子石化 3 0 万 t a HD P E 装置施工正值初冬 ， 若掉以轻心或采取措施不当， 极易产生裂缝 ， 甚至破坏 结构。 鉴于 目前尚无十分成熟的理论和方法。 本次施工 中， 经过慎重考虑采用了由文献、 【 2 J 中提供的公式和方 法 ， 对基础底板大体积混凝土进行温度估算和验算； 借 鉴文献 3 】 制定了一套完整的温度与裂缝控制方案 ， 取得 了良好的效果，值得在类似的大体积混凝土基础工程 中推广和应用。 1工程概况 3 0 万t a HD P E 装置是独山子石化新建一体化项 目1 1 套化工主装置之一。 HDP E 装置的两 台关键设备即 聚合反应器设备总高达6 1 1 m， 为超高、 超限设备。 而作 为这两台反应器的承重结构总高6 3 7 m， 共1 6 层， 上部1 5 层为钢框架结构 ， 基础为钢筋混凝土框架式基础。 9 8 O 0 【 t 0 0 0 3 26 0 0 图 1 聚合框架基础平面图 基础底板长4 3 4 m，宽 2 2 7 m，厚 2 0 m ( 如 图 l 所示) ， 底板底钢筋和面筋均为双向 5 1 5 0 ，中间一 层钢筋为双 向 4 2 0 0 ，拉筋为 S型钩 4 3 0 0 ，底 板混凝土强度等级为C 3 0 。 为了保证聚合框架基础底板 良好的受力性能及整体性，设计要求后浇带两侧混凝 土连续分层浇筑， 浇筑量为1 6 4 4 m3 。 根据文献【3 】提供的 定义 ，属于大体积混凝土施工。而且施工之 际正直初 冬 ， 如何预防大体积混凝土温度裂缝的产生， 如何保证 大体积混凝土冬季施工质量是本次施工的重点和难点。 2分析大体积砼温度裂缝的成因 大体积混凝土开裂的主要原因是混凝土 内外较大 的温差造成的。 混凝土浇筑后 ， 水泥硬化过程中会释放 大量的水化热 ， 由于混凝土的体积较大 ， 大量的水化热 聚集在混凝土内部不易散发，内部温度急剧上升引起 混凝土膨胀变形 ， 混凝土内部应力表现为压应力， 此时 混凝土的弹性模量很小 ，由于温度变化引起的受基础 约束的混凝土膨胀变形产生的压应力仍旧很小 。温度 峰值过后， 混凝土由升温期转至降温期 ， 混凝土开始收 缩 ， 内部应力表现为拉应力。 此时混凝土的弹性模量较 大 ，降温引起的受基础约束的收缩变形会产生相 当大 的拉应力 ， 当拉应力超过混凝土同龄期的抗拉强度时， 就会产生温度裂缝 ，对混凝土结构产生不同程度 的危 害。 此外， 在混凝土的施工中当温差变化较大， 或者是 混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急 剧下降，混凝土表面也会产生较大的拉应力而出现表 面裂缝。 3施工前温度估算 3 1混凝土中心最大绝热温升 ( T )计算 水泥用量预估为 3 9 0 k g m3 水泥产生的水化热按生产厂家提供的数据 ： q3 天=2 5 0 k J k g Q7 天=2 7 1 k J k g 欢迎访问： 中国化工建设网W W W c c c e n r o r g 广 。 ， 引 叫 ， L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m PP etcro letum 石C h e油m ic化al C工on s建tru c设tion 2 0 0 8 fF 第 3 0 猛 笫 5 期 T中= ( m + KF)Q c P = ( 3 9 0 + 0 3 X 3 9 )X 2 7 1 0 9 7 X 2 4 X 1 0 3 = 4 6 8 上 式 中： T h一混凝土最大绝热温升 ( ) ； m。 一混凝土中水泥用量 ( k g m3 ) ； F混凝土活性掺和料用量 ( k g m3 ) ； K掺和料折减系数 ，粉煤灰取 0 2 5 0 3 ； Q一取水泥 7 d水化热 ( k J k g ) ； C 一混凝土比热 ，取 0 9 7 k J ( k g K) I p 混凝土密度 ，取 2 4 0 0( k g m3 ) 。 3 2基础 内外最大温差 T 以热量在混凝土内部的平均传热路径作为保温材 料厚度 6 ； 导热系数 入查阅有关资料选取 新浇 昆 凝土 为 1 0 ；C 1 0 混凝土垫层为2 3 3 ；竹胶板为0 7 2( k l m n k ) ；空气界面热阻为0 0 2( m2 n k k J ) 混凝土上表面的热阻按 6入计算 ： R L = ( 2 04 )1 0 +0 0 2 =0 0 7( m2 - n k k J ) 基础表面温升可按热阻比例估算： T表= 0 0 2 0 0 7 X 4 6 8 =1 3 4 E( 距表面 1 0 0 mm 处) T = T中一 T表=4 6 8 -1 3 4 =3 3 4 1 2 2 5 说明内外温差大， 产生的温度应力较大 ， 有可能引 起温度裂缝。 4采取的温控措施 4 1 混凝土配合比设计优化 由于温差主要是由水化热造成的，为了减小温差 就要尽量降低水化热 ，所以本次 昆 凝土配合 比设计优 化的原则是 选用水化热低的矿渣水泥。 利用双掺 技术 ， 以粉煤灰取代部分水泥 ， 降低单方混凝土中的水 泥用量。添加外加剂，在满足混凝土强度、和易性、 耐久性的条件下尽量减少水灰比， 从原材料人手 ， 减少 混凝土产生的水化热， 有效地 防止温度裂缝。 通过大量 的试验优选出的7 昆 凝土配合比，如表 l 所示。 表 1 混凝土配合比 k g m3 强度等级 I 水泥 I 粉 煤灰 I 砂l 石 l水l减水剂 l 木钙 C 3 0 l 3 5 0 l 3 5 I 6 7 2 l 1 2 4 6 l l 4 0 I 3 5 l 0 3 5 ( 1 ) 水泥 ， 采用新疆 屯河水泥厂生产的3 2 5 R矿渣 水泥 。 ( 2 ) 粉煤灰， 采用奎屯热电厂生产的I 级粉煤灰， 质 量符合 用于 水泥和 混凝土 中的粉煤 灰 GB l 5 9 6 - 9 1 的规定。 ( 3 ) 砂， 采用河砂， 细度模数2 7 l ， 含泥量小于2 ， 其他指标符合规范规定 ，属于中砂，砂率 3 5 。 ( 4 )石 ， 采用宏运卵石厂生产的粒径 5 4 0 ram连 续级配碎石，各项指标符合规范要求。 ( 5 )外加剂， 采用高效减水剂和木钙。 ( 6 )拌合用水， 采用检验合格的深层河水。 4 2 混凝土内部设置冷却水降温管 为 了及时疏导基础大体积混凝土产生的水化热 ， 本次施工中采用 DN3 2钢管作为循环冷却水管，设两 层，将基础厚度分为 0 7 m、0 6 m、0 7 m三层 ，水平 间距为 0 9 m，相当于增加散热面积 1 4 7 m2 ，减短 内部 传热距离。 5采取温控措施后的温度估算 5 1 混凝土 中心最大绝热温升 ( T )计算 采用 3 2 5 R矿渣水泥用量为 3 5 0 k g m3 水泥产生的水化热按生产厂家提供的数据 ： Q3 x=1 8 0 k J k g Q7 X=2 5 6 k J k g T中 = ( m c + KF )Q c p = ( 3 5 0 + 0 3 X 3 5 )X 2 5 6 0 9 7 X 2 4 X 1 0 3 = 3 9 6 5 2基础 内外最大温差 T 由于在厚度方向分为三层传热，热量在混凝土内 部 的平均 传 热路径 缩短 。 向水 管面 的传热 路径按 0 7 m 2的 2 3 计算。则混凝土上表面的热阻为 ： R上 =( 0 7 2 X 2 3 )1 0 + 0 0 2 = 0 0 4 4 5( m2 n k k J ) 基础表面温升可按热阻比例估算： T a = 0 0 2 0 0 4 4 5 X 3 9 6 =1 7 8 C( 距表面1 0 0 mm 处) T仃 m = T中一T表=3 9 6 1 7 8 =2 1 8 C2 5 经采取温控措施后 ， 混凝土内外温差明显减小 ， 符 合要求。 6测温监控与保温措施 6 1 对混凝土的温度变化进行全程监控 本次大体积 昆 凝土施工中， 为做到信息化施工， 真 实反应混凝土内部温度变化 ， 以便及时采取有效措施。 根据现场实际情况， 采用简易测温法， 即在混凝土中预 埋钢管，用玻璃温度计测温，钢管采用直径 2 0 mm薄 壁钢管， 底口焊铁板封死 ， 上 口高出混凝土面 1 0 0 ml n ， 内放 3 0 0 ram高度水 ，用木塞封 口。测温点的布置考虑 具有代表性 ， 在基础的边部和中部共设置 1 1 个测温点 ， 如图2 所示 。 每个测温点由三个测温孔组成 ， 依次测得 底板混凝土的表面 、中心和底部的温度。 7 0 欢迎访f-q ： 中国化工建设网W W W c c c e n r o r g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郑 力 基础底板大体积混凝土温度估算和温控施工 ) =( 3 -_ l 一 图2混凝土测温点布置图 备 注 ： 混凝 土浇注完 成 1 2小 时后开始测 温。 l 5 d，每 2 h 测温一次 6 1 O d每 4 h测温一次；l 1 l 5 d每8 h测温一次。测 温 记 录 由 大 气 温度 、保 温 棚 内温 度 、混 凝 土表 面 温 度 、 中心 温 度 、底 部 温度 以及 冷 却 水 管 进水 和 回水 温 度 组 成 。 要求设专人进行温度监测工作 ， 认真 、 如实地填写 温 度记录表 。如 发现混 凝土 的 内外 温差超 过 2 5 或者 保温棚温度偏低 ， 应立 即采取措施降低温差。 具体做法 是： 在保温棚内增设 电暖气， 提高保温棚内的温度， 进 而提高混凝土的表面温度； 同时， 通过调节内部冷却水 的流量和流速控制混凝土的内部温度。 6 2保温养护措施 本次施工正值初冬 ，为了防止混凝土 由于受到寒 潮的袭击 ， 或因为当地昼夜较大的温差 ， 导致混凝土表 面产生较大的拉应力而出现表面裂缝。在混凝土浇筑 完成后立 即搭设保温棚 ，在混凝土终凝前完成对表面 最后一次搓压后 ， 立即覆盖一层塑料布 ， 随后覆盖保温 毛毡进入养护期。配备足够数量的电暖器对保温棚进 行加热，使保温棚 内的温度保持在 1 0 1 2 左右。 ( 冬施混凝土同条件养护试块应增加两组用作抗冻临界 强度试验 ，以此作为拆除保温措施的依据 ) 7温控施工效果及分析 ( 1 ) 混凝 土内部实测最高 温度 5 0与估算 结果 3 9 6 +1 2 =5 1 6 基本接近 ， 计算时混凝土浇筑温度取 1 2 C ( 取上限值) 、混凝土分层浇筑 、施工环境温度较 低 ，热量散发较快造成计算结果略偏高。 ( 2) 混凝土表面实测温度 2 8低于估算值 l 7 8 +1 2 = 2 9 8 ，主要 由于保温棚温度较低 ( 1 2 C) ，混 凝土表面散热较快造成的。 但混凝土 内外实测温差5 0 2 8 =2 2 C2 5 o C，仍然符合要求。 ( 3 ) 循环冷却水回水温度较高 ( 2 5 3 8 C) ， 主要是 由于降温管水平间距较大造成的。若将水平间距改成 5 0 0 ram， 降温效果会更加明显。 8结论与体会 ( 1 ) 在施工前进行必要的温度估算 ，来判断是否需 要采取温控措施。 如果需要 ， 应结合工程实际情况， 合 理选择温控措施 ，并编制详细的温控方案和温控实施 细则，避免措施不当或者实施不到位造成经济浪费。 ( 2 ) 文献 所提供的混凝土内部最大绝热温升计算方 法 ， 其计算结果具有一定的准确性 ， 可以用于大体积混 凝土基础底板施工前的温度估算，作为进一步判断是 否要采取温控措施的依据。 ( 3 ) 从原材料和配合 比人手 ，在保证大体积混凝土 强度、 和易性和耐久性的前提下 ， 采用低、中热水泥和 运用双掺技术 ， 能够有效降低混凝土内部的最高温度。 ( 4 ) 采用合理 的分层浇筑、 内部通冷却水管降温、 外 保温等温控措施 ，能够有效地控制大体积混凝土的温 度裂缝。 参考文献 1凝土工程计算手册梁敦维等 太原：山西科学技术出版社， 2 0 0 6 1 。 2 乐善论文 大体积砼块体基础热工计算探讨 化工施工 技术 1 9 9 9 年第2 期。 3 昆 凝土结构的裂缝与对策冯乃谦等 北京：机械工业出版 社，2 0 0 6 6 。 4 建筑施工常用数据手册( 第二版)柳舂圃等 建筑工业出版 社 ，2 0 0 1 。 作者简介 郑力 ，男，1 9 8 2年出生。2 0 0 5 年毕业于中国石油大 学 ， 助理工程师 ， 主要从事石 油化工工业建筑的施工管理工作 ， 先后参加过兰州石化6 0 万吨年乙烯改扩建工程和独山子石化 新建千万吨炼油年百万吨乙烯年工程。 ( 收稿 日期 ：2 0 0 8 0 7 1 7) 欢 迎 投 稿 欢 迎 订 阅 欢迎访f*- l ： 中国化工建设网W W W c c c e n r o r g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m