焦炭塔基础混凝土裂缝控制技术.pdf

7 2 石油工程建设 2 0 l O年 4月 瓣 沓 龙 永新 ( 中国石油天然气第六建设公司，广西桂林5 4 1 0 0 4 ) 摘 要 ：焦炭塔类 大型设备 基础在 施工过程 中要 求混凝土一 次成 型 ，不得 留置施 工缝 ．因此 混凝 土 一 次浇筑量较 大，这种 大体 积混凝 土 的 浇筑极 易 出现 裂缝 ，如 果不加 以控 制 ，会产 生严 重的 隐患 文章 对焦炭塔 基础 混凝 土水 化热 的计 算和 大体积 混凝 土施 工 中的主要 技 术难 点进行 了简要 的 阐述 ． 提 出了混凝 土配合 比设 计 、材料 选 用 ，以及 混凝 土 浇筑 、降温及 测温养 护的 一些可供借 鉴 的方 法 关键词 ：大体积混凝土；裂缝 ；降温：测温；养护 中图分类 号 ：T U 5 2 8 ． 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 1 — 2 2 0 6 ( 2 0 1 0 )0 2 — 0 0 7 2 — 0 3 焦 炭 塔 基 础 大体 积 混凝 土 施 工 的 主要 技 术 难 点是 防 止 混 凝 土表 面裂 缝 的产 生 造 成大 体 积 混 凝土开裂的主要原 因是干燥收缩和降温收缩 根 据 国 内外 的 调 查 资料 ．在 大 体 积 混凝 土工 程 施 工 中 ．基 本 是 由 于水 泥 水 化 热 引 起 混凝 土浇 筑 后 应 力 剧 烈 变 化 ，从 而 导 致 混 凝 土 发 生 裂 缝 因 此 。 控制 混 凝 土 浇 筑块 体 因水 化 热 引起 的 温 升 和混 凝 土浇 筑 块 体 的 内外 温 差 及 降 温 速度 ．防止 混 凝 土 出现 有 害 的 温 度 裂缝 是 其 施 工 技 术 的关 键 本 文 结 合 我 公 司 施 工 的 东 明石 化 集 团焦 炭塔 基 础( 长 2 3 ． 6 m，宽 1 9 ． 8 i n ，厚 2 ． 5 i n )的 C 3 0大体积混凝 土基础 实例进 行总 结 1 混 凝土配 合 } 匕 设 计及 材料选 用 采用降低水泥用量 的方法来 降低混凝土 的绝 对 温升 值 适 当 降低 水 泥 用 量 可 降低 混凝 土 浇 筑 后的内外温差和降温速度控制 的难度 ．这是大体 积混凝 土 配合 比选 择 的特 殊性 强度 等级 在 C 2 0～ C 3 5的范围内选用， 水泥用量一般不超过 3 8 0 k 咖 s 。 采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土 对 所用 的水泥进 行水化 热测 定 ．水 泥水 化热按 现行 国家标准 《 水泥水化热试验方法》测定 ，并要求配 制混凝 土所用水 泥 7 d的水化热不大于 2 5 0 k J ／ k g 掺合料及外加剂 的使用 。掺合料 主要是粉煤 灰 ．可 以提 高 混凝 土 的和 易 性 ．大 大 改善 混 凝 土 工作性能和可靠性 ．同时可代替水 泥 。降低水化 热 。外 加 剂 主 要 指减 水 剂 、缓 凝 剂 和膨 胀 剂 。混 凝土 中掺入水泥重量 0 ． 2 5 ％ 的木质素磺酸钙减水 剂 ．不仅使混凝土工作性能有 了明显的改善 ．同 时 又 减少 1 0 ％ 拌 和用 水 ，节 约 1 0 ％ 左 右 的 水泥 ． 从 而 降 低 了水 化 热 一般 泵 送 混 凝 土 为 了延 缓 凝 结 时 间 ，要 加 缓 凝 剂 ，否 则 凝 结 时 间过 早 ，将 影 响 混 凝 土 浇筑 面 的 粘 结 ．易 出现 层 间缝 隙 ．使 混 凝 土 防 水 、抗 裂 和 整 体强 度 下 降 为 了 防止 混 凝 土 的初始裂 缝 ．需 添加 膨胀剂 2混凝 土浇筑 方法 混凝土的浇筑方法采用分层连续浇筑 ．不得 留施工缝 ．并应符合下列规定 ：混凝 土的摊铺厚 度 应 根 据所 用 振 捣 器 的作 用 深 度 及 混凝 土 的 和易 性 确 定 ．采 用 泵 送 混凝 土 时 ．混 凝 土 的摊 铺 厚 度 规定 不 大 于 5 0 0 ml n ：分层 连 续浇 筑 必须 在 前层 混 凝 土 初 凝 之前 将 后 层 混凝 土 浇 筑 完 毕 。此 方 法 散热 面积 大 ．降温快 ，易使混 凝 土内部温 度均 匀 。 大体积混凝土 的浇筑厚度都 比较大 ．由于泵 送混凝土的坍落度大 ．振实后 的混凝土在初凝前 由于 自重 的沉 降 ．会 在 承 台表 面 的钢 筋 网 下 面形 成 水 气 凝 聚 ．同时 在 混 凝 土 的下 沉 过 程 中 ．混凝 土拌合物又会受到钢筋的阻滞 ．此时混凝 土的重 力会 自动压迫混凝土 中的气体 向外排出 ．在混凝 土 初 凝 前 ．这 种 现 象 会 一直 持 续 下 去 ．这 样 到 了 混 凝 土 初凝 时 ．混 凝 土 表 面又 会 形 成 坑洼 不平 的 网格 状 平 面 ．甚 至 会 出 现塑 性 收 缩 裂缝 。 这种 混 凝 土 的表 面不密实 和塑性 收缩 变形裂缝 的发 生 ．会 羊 ￥ ￥凳￥ ￥ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 第 3 6卷第 2期 龙永新 ：焦炭塔基础混凝土裂缝控制技术 7 3 加速混凝土表面的失水速度 ．又会促使混凝土表面 的塑性收缩变形裂缝进一步加剧 ．尤其是在高温和 大风并 存 的天气环 境 下 ．这 种情 况极 易 出现 。因此 在混凝土初凝前 ．用平板振动器进行二次复振 ，复 振后再分三遍用木抹子搓平压实 ．这样可使混凝土 表面进 一步 平整密 实 ．同时 消除 已经产 生 的塑性 裂 缝 。 3 混凝 土 温度 的计算 在施 工 前验算 温升 峰值 、内外 温 差等参 数 ，以 便 制订 温控施 工技 术措施 水 泥水化 热 引起 的混凝 土 内部 实 际最高 温度 与 混凝土 的绝热 温升 有关 3 ． 1 混凝土的绝热温升计算 = WQ o ( 1 - e 一 )／ ( c P ) ( I ) 式 中 — — 混凝 土 的绝 热温 升／ ℃； —— 单位体积混凝土的水泥用量／ ( k g ／ m 3 ) ． 取 3 5 0 k g ／ m ： p 单 位 质 量 水 泥 2 8 d的 累计 水 化 热 ， 查 《 建筑施工手册》 ，取 3 3 4 k J ／ k g ； c——混凝土 比热容，取 0 ． 9 7 k J ／ ( k g K ) ； p —— 混 凝土 密度 ，取 2 4 0 0 k g ／ m ； ￡ —— 混凝 土龄期／ d ： m ——常数 ，与水泥 品种 、浇 筑时温度 有关 。 计 算结果 见 表 1 表 1 混凝土最高水化热绝热温升计算值 ／ Q o ／ c ／ p | m 瓦， ℃ t ／ d ( k g ／ m ) ( k J ／ k g ) ( k J ／ ( k g K) ) ( k g ／ ,n ) 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 o o 0 ． 3 8 4 3 4． 3 3 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 0 o 0 ． 3 8 4 45 ．2 6 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 o o 0 ． 3 8 4 48 ．6 9 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 0 0 0 ． 3 8 4 4 9．7 1 2 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 0 0 0 ． 3 8 4 5 O． 1 1 5 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 0 0 0．3 8 4 5 0-2 1 8 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 0 0 0．3 8 4 5 0．2 2 1 3 5 0 3 3 4 0 ． 9 7 2 4 o 0 0 ． 3 8 4 5 0_2 2 4 3 5 0 3 3 4 0．9 7 2 4 o 0 0 ． 3 8 4 5 0 ． 2 2 7 3 5 0 3 3 4 0．9 7 2 4 0 0 0 ． 3 8 4 5 0．2 3 0 3 ． 2 混凝土内部温度计算 混凝土不是完全处于绝热状态 ．其内部温度处 于部分散热状态，混凝土内部温度 由下式计算 ： T m = -4 - T h ( 2 ) 式 中T j ——混凝土浇筑时实测搅拌后 的入模温 度／ ℃，实测值为 2 6℃： 广一混 凝土 的最 大绝 热温 升／ c I 二 ； —— 龄期降温系数 。 混凝土 内部最高温度计算结果见表 2 。 表 2混凝土内部最高温度计算 值和 实测值 ／ ℃ ／ ℃ t ／ d ℃ 实测值／ ℃ 2 6 3 4 ． 3 O ． 5 9 3 4 6．2 5 4 ． 1 2 6 45 ． 2 O - 4 2 6 45 ．0 5 2 ． 4 2 6 48 ． 6 O 38 9 4 4．5 4 7 ． 8 2 6 49 ． 7 0 ． 2 9 1 2 4 0．4 4 2 ． 6 2 6 5 0 ． 1 0 _ 2 1 1 5 36 ．5 3 8 ． 1 2 6 50 ． 2 O ． 1 5 l 8 3 3．5 3 7 ． 6 2 6 5 0 ． 2 O ． 1 2 2 l 3 2．0 3 2 ． 9 根 据 上 述 计 算 ．混 凝 土 内 部 最 高 温 度 计 算 值 为 4 6 ． 2℃ ，而在 施 工 过 程 中实 际测 量 混 凝 土 内 部 最 高 温 度 值 为 5 4 ． 1℃ ．实 测 大 气 温 度 为 2 6 c c． 则 5 4 ． 1 —2 6=2 8 ． 1℃ ≥ 2 5℃ ．超 过 施 工技 术 要求 混凝 土 内外 温差 不 得 大 于 2 5℃的 标 准 ．因此 必 须 采取合理的养护措施 ．防止大体积钢筋混凝土因温 差 过大 产生 裂缝 4冷 却水管 的布 置 为了控制混凝土内部温度升高速度 ．推迟混凝 土 内部 温 度 峰 值 出 现 时 间 ．减 少 混 凝 土 内表 温 度 差 ．采用 在混凝 土浇 筑体 内埋设 多 层 D 5 0 m m镀 锌 钢管 ，通冷循环水对混凝土 内部进行冷却降温处理 的方法 ．镀锌钢管间距根据混凝土结构厚度确定 混凝 土浇 筑 2 h起 开始 通循 环冷却 水 ．并对 进 出 口水温 进行 测量 ．每 2 h改变 一次水 流 方 向 ．以 保 证 混凝 土 内部上下 层 间温差 不超 标 5混凝 土 内部 温度 的测 量 在基 础 混凝 土 内埋 设 测 温 点 ．定 时测 定 混 凝 土表 面和 中心 温度 根据 测定 结果 采 取适 当措 施 ，将温差控制在设计要求范 围内．或控制温差 不 超过 2 5 q C，及时调 整保 温及养 护措施 ．使混 凝土 的温度梯度不至过大 ．以有效控制有害裂缝 的出 现 。 5 ． 1 测温孔 布 置及 测温元 件要 求 焦炭塔混凝土浇筑块体温度监测点的布置．以 能真实反映出混凝土块体的内外温差 、降温速度及 环境 温度 为原则 ，按 下列 方式 布置 ：温 度监 测 的布 置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半 条轴线 为测温 区 ．在测温 区内温度测点呈平 面布 置 ：在测 温 区内温度 监测 的位 置根 据混 凝土 浇筑 块 7 4 石油工程建设 2 0 1 0年 4月 体 内温度场 的分布情况及温控的要求确定 ：在基 础平面半条对称轴线上 ．温度监测点 的点位宜不 少于 4处 ：沿混凝土浇筑块体厚度方 向 ，每一点 位 的测点数量不宜少于 5点 ：保 温养 护效果及环 境 温 度监 测 点 数 量 应 根 据 具 体需 要 确 定 ：混 凝 土 浇筑块体底表 面的温度 ．应 以混凝 土浇筑块体底 表 面 以上 5 0 c m 处 的 温度 为 准 ：混 凝 土 浇筑 块 体 的 外 表 温 度 ．应 以混 凝 土 外 表 以 内 5 0 c m 处 温度 为 准 。 测温元件的选择应符合下列规定 ：测温元件的 测 温误差 应 不 大于 0 ． 3℃ ：测 温元 件安 装前 ．必须 在浸水 2 4 h后．按上述 的要求进行筛选 测温 元件 的安装 及保护 应符 合下 列规定 ：测 温 元件安装位置应准确 ，同定牢固，并与结构钢筋及 固定架金属体绝热 ：测温元件的引出线应集中布 置 ．并加 以保护 ：混 凝土浇 筑过 程 中 ，下料 时不得 直 接冲击 测温 元件 及其引 出线 ．振捣 时振捣 器不得 触及 测温 元件及 其 引 出线 5 ． 2测温 时 间 在混 凝 土温 升 阶段( 混 凝 土 浇筑 完后 3 5 d ) 每 2 h测 温 一次 ：温降 阶段 4 h测 温一 次 。同时 测 大 气温 度 。派 专人 进 行测 量 工作 ，填好 测 温记 录 ， 控 制温差 在 2 5℃ 之 内 6 混凝 土 的养护 由于焦炭 塔基 础混凝 土施 工处 于夏季 ．考 虑降 温 、温 差和 混凝土 养护 效果 的稳定性 。采用 了蓄水 养护方式 6 ． 1 蓄水养护深度计算 h =X X M( ’n 础 一 T 1 ) K b A x ( 7 0 0 X T o +0 ． 2 8 X q 0 ) 式 中 养 护深度 ／ m； 混凝土中心最高温度／ ~ C； —— 混凝 土表 面温度／ ℃ ( 考 虑夜 间气 温有 所降低 ，取 一 =3 0 o C ) ； —— 混凝 土维 持到 预定温 度 的延 续 时间／ } 1 ． X：3 6 0 h ( 按 1 5 d养护时间计) ； M—— 混 凝 土结 构物 表 面 系数 ／ m～．M =F ／ V =1 3 2 ／ 2 2 1=0 ． 6 f 其 中 F为养护 面表 面积 、 为体积 ) ； _一透 风 系数 ，取 2 ． 6 ； A 广水 的导热 系数／ ( W／ ( m K) ) ，取 0 ． 5 8 ； ．一 混 凝土 浇筑 振捣 完毕 开始 养 护时 的温 度／ ℃ ： —— 单 位体积混凝 土水泥用 量／ ( k g ／ m 3 ) ， 取 3 5 0k g ／ m ： p 广混凝 土 在 规 定 龄期 内水 泥 的水 化 热／ ( k J ／ k g ) 。 于是 有 h =3 6 00 ． 63 02 ． 6 X 0 ． 5 8 ( 7 0 0 2 6+0 ． 2 8 3 5 03 3 4 )=0 ． 1 9 2 m．取蓄水养护深 度 为 2 0 0mm 6 ． 2养护 方 法 混 凝土 施工 完毕 2 h后采 用循 环水 管 进行 混凝 土 内部 冷却 ．同 时在 混凝 土终凝 后用上 述方式 进行 蓄水养护 ．经现场计算和实测 ．混凝土中心温度与 表面温度之差为 ：1 ． 5 9～1 9 ． 4 6℃．混凝土表面温 度与大气温度之差为 0 ． 7～8 ． 7℃．两者均符合温差 不得 大于 2 5℃ 的技术要 求 焦 炭塔 大 承 台的侧 面 高度 较 大 ．模 板 拆 除 后 ，侧 面 的养 护 是个 薄 弱环 节 。 由于 大体 积混 凝 土 内部 温 度 相 当高 ．如侧 面混 凝 土 不 能 及 时得 到 补充水分养护 ．极容 易发生水平裂缝 ．因此制订 的对策是 ：侧模采用木制 多层胶合板 ，周边高出 承 台面 2 0 c m．混凝 土浇 筑 2 4 h后 ，将 高 出 承 台 面 2 0 e m 的模 板 框 内 蓄 满 热循 环 水 养 护 而 由 于 混凝土凝结硬化后和胶合板之间会 形成缝隙 ．就 成 了向 承 台侧 表 面 补 水 的 自然 通 道 ．上 表 面 的 蓄 水 不 断 向下 漫 延 ．再 加 之木 制 胶 合 板 吸水 后 本 身 就 是 一 种 理想 的潮 湿 养 护 层 ．这 样 整 个 大 承 台 的 外表面都 浸泡在养护水之中 ．巧妙地解决 了夏季 浇 筑 混凝 土施 工 的保 温 保 湿矛 盾 同 时这 种 蓄 水 的办法 ．又消除了人工对承台侧 面浇水养护 的不 及 时 性 和 不 可靠 性 ．成 为 防 止混 凝 土 裂缝 的一 项 重 要措 施 7 结束 语 通过焦炭塔基础大体积厚混凝 土施 工过程 中 的检测 、观察 ，证 明该 大 体 积混 凝 土采 用 的施 工 、 养护方案可行 ． 混凝土未出现温度裂纹等质量通 病 。 参考 文献 ： f 1 1王铁梦． 工程结构裂缝控制[ M] ． 北京 ： 中国建材工业出版社 ， 2 0 0 2 ． 作 者 简介 ：龙 永 新( 1 9 6 8 一) ，男 ，湖 北鄂 ,y l,1 人 ，高级 工程 师 1 9 8 9年毕业 于长江大学 ( 原江汉石油学院)工业与民用建筑专业 长期从 事大型石油化工工程 的施工技术管理工作 。 收稿 日期 ：2 0 0 9 — 0 2 — 1 0