内蒙古地区大体积混凝土施工要点.pdf

工程技术I EC T e c h n 0 l0 Q V 额尔登毕力格 鄂尔多斯乌审旗质虽监督站内蒙古乌审旗0 1 7 3 1 8 占 摘要鄂尔多斯市为我国北方寒冷地区， 乌审旗属典型的温带大陆 ( 沙漠) 性气候， 日 照丰富， 四季分明。 无霜期短， 降水少 且时空分布极为不均 ， 蒸发量大， 冬季寒冷而漫长， 夏季炎热而短暂， 冬春季干旱少雨雪， 春季多风沙。本文在据鄂 尔多斯乌审旗 ( 沙漠腹地) 气候干燥， 紫外线强， 风沙大， 给大体积混凝土施工增加了一定的麻烦的状态下进行大体 积混凝 土施工 中 ， 所积累 的大体积混凝土施工质量管理的经验 ， 及施工中所增加 的新知识 ， 从 多方 面分析 了大体积 混凝土产生裂缝的原因。并根据施工 中的经验概述 了大体积混凝土裂缝的预防措 施。 关键词大体积混凝土裂缝配合比外加剂 中图分类号 T Q 0 8 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 3 2 3 ( 2 0 1 3 ) 0 3 - 0 0 9 5 0 4 随着经济发展， 工业现代化进程的加快， 新建工业装置规模 以及设备吨位都在不断加大，大体积混凝土设备基础相应地得 到越来越多的应用。而大体积混凝土基础的浇筑给施工增加了 一 定的难度。 笔者在鄂尔多斯乌审旗从事多年的质量监督管理， 对大体积混凝土施工( 尤其是在沙漠腹地进行大体积混凝土施 工) 感触颇深。 沙漠地区没有风的日子几乎没有， 风沙大且频繁， 炎热的气 候加之风在做媒 ， 混凝土外表面水分蒸发非常快。 这种 自然条件 使得大体积? 昆 凝土更加容易产生裂缝， 给施工带来更多麻烦。 根据以往大体积混凝土的质量监督管理经验及沙漠地区的 施工体会， 本文对沙漠地区大体积混凝土施工要点 ( 产生裂缝的 原因及预防) 进行了简要的阐述。 1大体积混凝土产生裂缝的原因 混凝土裂缝产生的原因很多， 有设计考虑不周引起的裂缝； 有原材料的原因引起的裂缝 ； 有变形引起的裂缝： 如温度变化、 收缩、 膨胀、 不均匀沉陷等原因引起的裂缝； 有外载作用引起的 裂缝， 有养护环境不当和化学外加剂作用引起的裂缝等等。 在实 际施工中常遇到的影响有如下几种： 1 1混凝土配合b 匕 的影响 1 1 1水泥用量 混凝土的干燥收缩随着水泥用量的增加而增大，在可能的 情况下， 尽可能降低水泥用量。 1 1 2用水量 混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量 条件下， 混凝土的干燥收缩和用水量成正比， 且为直线关系， 水 灰比越大， 干燥收缩越大。塑性收缩裂缝、 干缩裂缝都是由于混 凝土用水量过大， 塌落度过大， 而且水分蒸发过快造成的。 1 1 3砂率 t 昆 凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大。 1 2外界气温的影响 北方地区昼夜温差较大 ， 大体积混凝土在施工过程中， 外界 气温对混凝土的内部温度有着重要的影响。 外界气温越高， 原材 料吸收的热量就越多， 混凝土的人模浇筑的温度就越高。当气温 下降时， 浇筑后的混凝土表面温度则会急剧下降， 结构内部温度 由于不能及时散发出来 ，从而造成内部混凝土与外表面形成温 度差值， 极大地影响着? 昆 凝土的质量。 1 3混凝土振捣不均匀的影响 混凝土振捣不均匀， 在凝结硬化前没有沉实或沉实不够， 当 混凝土沉陷时受到钢筋、 模板抑制而导致裂缝的产生。 此类裂缝 在混凝土浇筑后 l 3 h出现，裂缝的深度通常达到钢筋的外表 面 。 1 4混凝土内外温差的影响 在混凝土浇筑后，水泥在混凝土内水化过程中产生很多热 量， 在结构内部形成了较为集中的热量区。 而外界的温度相比起 来就低了许多。温度差的形成最终导致在? 昆凝土内部产生了一 定的温度应力， 由于混凝土的早期强度还没有达到要求， 混凝土 自身则会在温度应力的作用下产生裂缝。 1 5混凝土徐变和收缩的影响 混凝土在硬化过程中要发生徐变和收缩。造成徐变和收缩 的主要原因是由于混凝土中的游离水分在蒸发过程中形成了毛 细孔隙， 温度差的存在使得热膨胀的混凝土在冷却后急剧收缩。 石 油 化 工 建 设 2 0 1 3 0 3 l 9 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m C T e c h r o lo g y I 工程技术 图 1基础侧面 裂缝 1 6 外加剂的影响 掺加膨胀剂的混凝土，早期产生微膨胀作用，在干燥状态 下， 也会产生收缩 ， 形成了膨胀与收缩的落差， 当落差过大时， 达 不到预期的抗裂效果， 甚至可能起反作用。 我们在某一工业项目磨煤机基础拆模时发现基础侧面出现 了纵 向裂缝 ， 如图 1 所 示。为此 ， 我们对造成混凝土 裂缝 的原因 进行逐条调查分析， 产生裂缝的主要原因最终归结两条； 其中一 条原因就是， 商混站未采用设计要求添加的抗裂防水剂， 而低价 购进了l J , f - 坊的膨胀剂， 对进场的膨胀剂也未做相应的检测。 1 7原材料的影响 ( 1 )水泥品种及用量， 水泥的需水量越大， 水泥的干燥收缩 越大 ， 造 成混 凝土裂缝 的可 能性就越 大 ； ( 2 )掺 合料。 矿渣 、 煤矸石 、 火 山灰等粉状掺合料 ， 掺 加到混 凝t 中， 一般都 会增 大混凝 土的干燥 收缩 值 ； ( 3 )粗骨料的含泥量对混凝土产生裂纹起着至关重要的作 用。 在上述实例中，我们在对磨煤机基础侧面出现纵向裂缝的 原因分析中认为，产生裂缝的另一原因就是粗骨料的含泥量超 标 ( 如 图 2所 示) ， 我们要求搅拌站停 止了该批粗骨料使 用。 图 2含泥量超标的粗骨料 1 8保护层厚度的影响 大体积混凝 保护层厚度和裂缝成正比关系。随着保护层 厚 度的增 夫， 混凝土裂缝的机率也随之增大。 1 9外界约束的影响 由于模板的存在，导致混凝士在热量作用下产生的膨胀变 形受到 了强 人的约束 。 当变 形值超过混凝 士的极限拉伸值时 ， 便 9 6 l 石 油 化 工 建 设 2 o 1 3 0 3 出现 了裂缝 。 1 1 0混凝土养护的影响 混凝 十浇筑 面受到风吹 日晒 ， 表面干燥过快 ， 产生较大 的干 燥收缩。 混凝土的干燥收缩主要是 由于水泥石干燥收缩造成的。 混凝土的水分 蒸发 、 干燥过程是 由外向 内、 由表及 里 ， 逐 渐发展 的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢、 裂缝多数持续时间较长， 而 且裂缝发生在表层很浅的部位， 裂缝细微， 呈网状， 常称为龟裂 纹， 如 图 3所示。有 时呈平行线状 。但是 由于碳化和钢筋锈蚀 的 作用， 干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性 ， 也会 使大体积 昆凝土的表面裂缝发展成为严重的裂缝，影响结构的 耐久性和承载能力。 图 3干燥 裂纹 2大体积混凝土裂缝的预防 为了防止 裂缝 的产生 ， 我 们应 着重 从控 制温度 ， 减小混凝 土 内外的温差所 产生的温度应力。而温差与水泥用量 、 种类 、 外加 剂掺量种类、 混凝土入模温度、 养护方法、 表面积、 模板及覆盖层 的种 类、 地基种类等 因素有关 ， 裂缝的控制措施必须从这些方面 来考 虑。 2 1设计方面应考虑以下几点 ( 1 )用小 直径 ， 小间距的配筋方式加密 外表面钢筋布置 ； ( 2 )设置后浇带或形成加强带， 采用补偿收缩混凝士； ( 3 )增配构造筋， 提高抗裂性能； ( 4 )避免结构突变产生应力集中， 在易产生应力集中的薄弱 环节 采取 加强措施 ； ( 5 )在易裂的边缘部位设置暗粱， 提高该部位的配筋率， 提 高混凝土 的极 限抗拉强度 ； ( 6 ) 外表 面钢筋保护层尽可能小且均匀布设 ； ( 7 ) 在结 构设 计中应充分考虑施工当地气候特征 ， 合理设计 后浇缝 。 2 2精心设计混凝土配合比 在保证混凝： t具有良好工作性的前提下，应尽可能降低单 位用水量 ， 采用三低 ( 低砂率、 低塌落度、 低水灰 比) ， 二掺 ( 掺高 效减水剂和高性能引气剂) 一高( 高粉煤灰掺量) 的配合比设计 准则， 生产出高强、 高韧性 、 中弹、 低热和高抗拉值的抗裂混凝 上。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 3尽量使用水化热较低的水泥 在混凝土中水泥是产生热的热源， 把热源控制后， 才能控制 水化热 的升高和 裂缝 的发生。因此 ， 在大体积混凝土施 工中 ， 应 当尽量选用低水化热 品种 水泥 ， 如 矿渣硅酸盐水泥 ， 火 山灰质硅 酸盐水泥， 粉煤灰水泥等， 从而减少发热量。 2 4严格控制原材料 ( 1 )混凝土中的沙石尽量选用粒径大、 级配良好的材料 ， 控 制其含泥量 ； ( 2 )粗骨料 的含 泥量 必须低于 1 ， 针片状 少 ， 规格级 配好 ， 可减少孔隙率， 减少水泥用量， 提高 昆 凝土的密实性， 提高强度； ( 3 )细骨料需采用中粗砂， 细度模数在 2 5以上， 含泥量低 于 2 ， 以减少混凝土的干缩， 增强抵抗混凝土的收缩徐变能力。 2 5掺加粉煤灰， 减少水泥用量 实践证明通过掺加粉煤灰可减少水泥用量 ， 降低水化热， 充 分利用混凝土的后期强度 ， ( 掺量达到 1 5 时可减少水化热的 l 5 左右) ， 试验证明每立方米混凝土减少 l O k g水泥， 水化热将 使混凝土温度降 l 。 另外 ， 含有 大量 球形颗粒 的一级粉 煤灰 由于 内比表 面积 小 ， 需水量 少， 故能降低混凝土的干燥收缩值。 从而减少混凝土裂缝 的可能性。 2 6掺加适量的外加剂， 增加混凝土的和易性 。 减少水泥用量 适量加入缓凝剂和减水剂， 改善和易性， 降低水灰比； 一般不 掺加缓凝剂 的混凝二 卜 初凝 时间为 2 h ， 掺加后可 以延长到 5 8 h， 同时节约水泥 5 1 0 2 7解决好混凝土入模温度。 控制温升 控制混凝土拌合物的入模温度 ， 以降低混凝土水化热峰值 ， 以达到减小温度应力的作用。 对沙石要遮阳覆盖， 以免阳光暴晒 使得其自身温度升高，或者用高压水冲洗石子，以降低材料温 度； 在混凝 l二 搅拌过程中适量添加冰水； 缩短混凝土搅拌的运输 距离； 避免混凝土罐车在施工现场等待浇灌的现象发生； 尽量减 少浇筑混凝土在浇筑前的吸热量 。 2 8减小混凝土的塌落度 混凝土的用水量是否符合要求，现场最直观的检测方法就 是检测塌落度。 水灰比越大， 干燥收缩越大。 塑性收缩裂缝、 干缩 裂缝都足山于混凝土用水量过人， 塌落度过大， 而且水分蒸发过 快 造成的。 目前 ， 大 体积 混凝士均 采用泵送 混凝土 ， 泵送 混凝土 又需要较火的塌落度 ， 这 是一对矛盾 。为此 ， 应在保证 顺利泵送 混凝t的前提下 ， 尽量减小 混凝 土的塌 落度。 从去年到今年 ， 我 们在 混凝上施工 中一 直强调 的就 是进场 混凝十要进行塌落度检测， 如图 4所示， 使混凝土的施工质量得 到了保证。 2 9改进混凝土的浇筑工艺 混凝士浇筑时尽量采用全面分层浇筑的方法或斜面分层的 浇筑方法， 合理没置施工缝， 分层分段浇筑 ， 从而增加散热面积， 以加快混 凝土散热 ， 使下一层混凝土 的热量得 以充分 的释放 。 2 1 0放慢混凝土的浇筑速度 图4塌落度检测 在施工中只要保证浇筑层上下搭接时下层在初凝前 ，尽量 放慢混凝土的浇筑速度， 抑制水泥的热释放速度， 降低热强比。 当浇筑的混凝土产生热量时， 上部混凝土仍在浇筑 ， 起到散热保 护的作用 。 为了放慢混凝土的建筑速度。 我们在 6 0 万 t a甲醇项 目施 工中采取了两到三处? 昆凝土同时浇筑施工，既提高了整个项 目 的工效， 也保证了大体积混凝土的施工质量。 2 1 1加强混凝土振捣工作 混凝土浇筑人模后， 必须振动捣固， 密实成型 ， 使拌合料颗 粒之间以不同的振动加速度发生液化，破坏初始颗粒之间不稳 定平衡状态， 骨料颗粒依靠自重达到稳定位置 ， 游离水分挤压上 升 ， 气泡溢 出表面 ， 进而达到提 高混凝 土的密 实度 和抗拉 强度 ， 减少收缩变形， 确保混凝土内部质量。 2 1 2混凝土内部预埋冷却水管 预埋冷却水管通入冷却水强制降低混凝土水化热温度 ， 其 作用有二； ( 1 )减小水化热， 从而降低混凝土的最高温度 ， 减小基础温 差和 内外温差 ； ( 2 )可以加快混凝土浇灌速度。 我们在某一个项目空分装置的大型压缩机基础施工时就采 用了在基础内加冷却管的方法，如图 5所示，得到了较好的效 果 。 图5基础内预埋水管 2 1 3混凝土内加毛石 截面较大无筋或少筋大体积混凝土， 在设计同意的情况下， 石 油 化 工 建 设 2 0 1 3 。 0 3 l 9 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m Ec T e c h n o lo g y l 工程技术 中心部位可以掺加部分 干净 的毛石 ，让石 块吸收部分混凝土的 热量 ， 降低绝热温升 ， 降低 内部温度梯度 ， 减 少水化热 引起的温 差应力裂 缝。 在 大体 积混凝土基础施工 中采用加毛石的方法 ， 即 保证 了质量 ， 也降低了成本 。 2 1 4混凝土内加入膨胀剂 混凝土中适量加入膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到收缩 补偿 ， 减小混凝土的温度应力。值得注意的是， 所加膨胀剂必须 经过检测合格的膨胀剂。 2 1 5做好混凝土保温保湿养护 混凝土浇筑完后应做好保温保湿养护 ， 缓缓降温， 充分发挥 徐变特性。 夏季注意避免暴晒， 注意保湿； 冬季保温覆盖， 以防止 寒潮袭击， 保证混凝土表面缓慢冷却， 最大限度减少温差。 2 1 6保证浇筑过程空气畅通 大体积混凝土浇筑时周边的模板不能太高，应注意清理周 边的隔挡物， 加快空气流通 ， 每层混凝土浇筑完后尽可能使其热 量得 以散 发。 2 1 7检测混凝土内外温度 严格按照规范的要求进行混凝土内外温度的测量，每一组 测温孔分上、 中、 下三个检测点， 下测点距基础底板下皮 5 0 ram， 中测点取混凝土中部， 上测点距t 昆 凝土表面 5 0 ram。内外温差控 制在 2 5 以内。 2 1 8增设温度配筋 施工中可增加部分抗裂纹的温度配筋 ， 在截面转折处、 孔洞 转角及周边设置。或者掺人纤维材料将混凝土的温度裂缝控制 在一定的范围之内。 2 1 9设置滑动层 基础与垫层或地基间设置滑动层 ， 如刷热沥青铺沥青砂等， 减小 其约 束力 。 2 2 0采用蓄水养护或喷淋养护 在干燥地区由于混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过 快 ， 产生较大的干燥收缩 ， 表面收缩受到内部混凝土的约束， 在 表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保湿养 护， 对减少干燥收缩有一定的作用 。因此 ， 干燥地 区宜采用蓄水 养护或喷淋养护， 保证表面始终处于湿润状态 ， 减少干缩裂缝。 乌审旗 金城泰 6 0万 t a甲醇项 目进行大 体积( 或大面积) 混凝土施工时就采用了喷淋养护 ； 如图6所示， 取得 良好的效 果。 采用表面养护， 其作用如下： ( 1 )减少混凝土内外温差， 防止表面裂缝； ( 2 )防止混凝土超冷避免产生贯穿裂缝； ( 3 )延缓混凝土冷却速度， 以减少新老混凝土上下层约束； 图 6喷淋养护 2 2 1拆模后及时回填 基础完成或拆模后及时进行土方回填，避免其侧面长期暴 露 ， 风吹 日晒。 以上对内蒙古地区大体积混凝土施工中常见问题( 裂缝的 原因及预防措施) 进行了初步探讨。 根据乌审旗质量监督管理的 经验使我们看到， 只要我们严格按照规范要求认真施工， 根据当 地的气候条件，认真探索裂缝产生的原因， 施工中多观察 ， 多比 较 ， 出了问题 多分析 、 多总结 ， 虽然大体积 混凝土产 生裂缝的原 因很多 ， 只要根据 不同情 况及早 采取相应 的预 防措 施 ， 大体积混 凝土的施工质量是可以保证的。 参考文献 1 ( 大体积混凝土施工规 范 ( GB 5 0 4 9 6 ) 2 甜 昆凝土外加剂应用技术规范 ( G B5 0 1 1 9 ) ( 收稿 日期 ： 2 0 1 3 -0 l 0 9 ) 中石化炼化工程与哈萨克斯坦业主签订 1 1 4亿元工程总承包合同 6 月 1 0日， 中石化炼化工程 ( 集团) 股份有限公司( S E G ) 与哈萨克斯坦石化工业公司 ( 简称“ K P I 公司” ) 正式签订了一份工程总承 包 ( E P C C ) 合同。项目位于哈萨克斯坦国阿特劳州卡拉巴丹 ( Ka r a b a t a n ) 地区。根据该合同， 中石化炼化工程的工作范围包括 5 0万 t a丙烷脱氢装置 ( P D H) 和聚丙烯装置 ( P P ) 以及两套工艺装置所需的公用工程设施和厂区外配套基础设施的设计、 采购、 施工、 开车 和性能考核总承包工作。项目将在满足生效条件后开始执行， 合同工期计划为 3 6个月， 合同总额约为 1 8 5 亿美元 ( 约合人民币 1 1 4 亿元) ， 相当于中石化炼化工程 2 0 1 2年营业收入的2 9 6 。 S E G在重组上市前已于 2 0 1 0年与 K P I 公司订立有关哈萨克斯坦一体化石化联合工厂及基础设施项 目( 简称 KP I I P C 1 项目) 的 工程总承包框架协议， 目前已完成基础设计工作。这次工程总承包 ( E P C C ) 合同是在该框架协议的基础上签订的正式合同。 9 8 l 石 油 化 工 建 设 2 o 1 3 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m