基础大体积混凝土施工的裂缝控制.pdf

冶金设备管理与维修 第2 8 卷2 0 1 0 年第2 期( 总第 1 4 6 期) 基础大体积混凝土施工的裂缝控制 李连森 ’ 张萍 王守 良。 周云麟 ( 1 ． 中冶东北建设有限公 司鞍山 1 1 4 0 3 9 2 、 3 ． 鞍山天达建筑材料有限公司4 ． 鞍山畅业商品混凝土公司鞍山 1 1 4 2 0 0 ) 摘要介绍 了某1 2 5 t 转炉基础大体P ． , ( 9 1 2 7 m’ ) 混凝土施工中， 为降低结构混凝土 中心温度和 内外温差， 采取减少水泥用量和内掺法增加粉煤灰掺合料用量， 投入大石( D|1． = 1 5 0 mm) ， 以稳定结构混凝土体积， 同时掺入 缓凝型减水剂， 结构混凝土内部通入冷却水等综合技措。获得了既避免大体积混凝土温度裂缝， 又降低大体积 混凝土成本的技术经济效果。可供大体积混凝土设计、 施工参考。 关键词大体积混土 湿度梯度综合评述 1 工 程概 况 山东富伦钢铁有限公 司炼钢厂 1 2 0 t 转炉基础 长6 2 m宽 2 9 m平均高 3 ． 3 m； 包括 8 0 0 ~ C耐热混凝土 1 4 0 0 m 在内 ， 混凝土总量达 9 1 2 7 m 左右 ； 桩承台基 础钢筋制作及基础钢筋绑扎安装 6 0 0 t 多 ， 螺栓 安 装 1 0 1 8 套 ， 破桩头 6 0 0根 ； 浇基础混凝土数 量多 、 体积大 、 螺栓安装数量多及定位精度高 ， 但其关键 核心技术在于大体 积混凝土 的科学施工 、 温差控 制、 稳定体积和保湿防裂。 2 施工原理 结构最小断面任一方向尺寸大于0 ． 7 ～ 1 ． O m的 混凝土结构为大体积混凝土结构。决定大体积混 凝土是否产生裂缝的主要 因素是混凝土结构的内 外温差 ( 或温度梯度 ) 、 混凝土抗拉强度 、 水泥放热 峰之后混凝 土结构的降温速度 、 收缩值 、 配筋 、 结 构形状 、 钢筋保护层等 。 ] 。 ( 1 ) 减小温差稳定体积原理 ： 大体积混凝土水 泥水化热不易散发 ， 引起结构内外温差应力超过 其本身抗拉强度而开裂毁坏。 参考文献b 提 出的经验公式 ， 计算混凝 土结构 中心最高温度峰值如下： t 。=t +c o ／ + =5 2 ． 9 ~ C ( 1 ) 式中： t 。—— 混凝土结构中心最高温度 ℃； t—— 严格控制的混凝 土拌合物入模温度 至 t =- I 8 ℃： c—— 每立方米混凝土水泥用量 ， 充分利用 水 泥水 化 热 可将 养 护 温 度 提 升 至 4 5 ～ 5 2 ℃ ， 以促 进水 泥水 化 的机理 。 将水泥用量压缩至 c = 2 3 0 k ~m ， 以便 降低结构中心温度和温差； —— 经验系数， 采用矿渣水泥、 火山灰水泥 、 粉煤灰水泥 = 0 ． 1 ； 当采用普通水泥 o／= 1 ． 0 5 ； P I PⅡ 硅酸盐水泥 = 1 ． 0 8 ； k —— 经验 系数 ， 水渣 微粉 、 粉煤 灰微 粉 k = 0． 0 7； 厂—— 每立方米混凝土的水渣微粉 、 粉煤灰 微粉总掺量f = 1 7 O k g ／ m 。 正是由于利用 5 2 ． 9 ~ C 温度养护混凝土的机制 ， 才敢于将单方 水泥用量 降至 2 3 0 k ~m ， 以减小温 差 ， 减小应力。 另外 ， 投人 8 ％左右粒径 1 5 0 mm块石 ( 洁净 、 不 重叠 、 温度低于2 O ℃) ， 既起降温作用又起减小收 缩 、 稳定体积的防裂作用。 ( 2 ) 缓凝剂延缓放热峰， 冷却水整体降温原 理 ： 混凝土 中引入胶凝 材料总量 0 ． 2 0 ％的缓凝 型 减水剂 一 木钙 ， 以延 缓水 泥放 热峰 ， 使混 凝土 产 生较 高抗 拉 强度 的情况 下 产生 放热 峰 ， 既提 高 了混凝土抗温度致裂的能力， 又避免了产生施 工缝 。 基础大体积混凝土中分两层埋设 4, 4 8 m m， 壁 厚 = 3 ra m冷却水管 ， 圆圈螺旋形状布置 ， 总长度 L = 2 1 2 0 m。假 设 以冷 却 水 管 为 核 心 ， 其 外 围 1 0 0 m m圆柱体受冷却水作用得以降温 其温度降 。可用热平衡方程求得 ： A￡ ： 喾 ： 2 ． I ~C ( 2 ) m L 式 中 ： —— 由于使 用冷 却水 ， 混凝 土的温 度 降／ ~ C； m帅 —— 泵 送 压 力 下 冷 却 水 的 总质 量 ， mH o = 7 r H 0 ／ 4 = 3 8 3 9 ． 2 k g， 其中 ， o = l ff m 为水的密度 ； C H o —— 水的比热 ， C H ’0 = 1 ． O J ／ k g o C； 一 6 7— 第2 8 卷2 0 1 0 年第2 期( 总第1 4 6 期) 冶金设备管理与维修 △ ￡ H 0 —— 为进料端水温( 1 2 ~C) 与冷却水出 水( 3 2 o C) 的温差， A t = 2 0 o C； m 。 —— 受冷却水作用 西2 0 0 ， 长 2 1 2 0 m圆柱 体混凝土质量： m o = 3 9 9 9 1 ．7 k g ； —— 混凝土比热， = 0 ．9 2 J & g o C ； 表明， 借助冷却水， 可降低基础混凝土温度2 ． 1 ℃。 ( 3 ) 抗拉抗裂原理 ： 根据 以往施工大体积混凝 土经验， 大致混凝土2 1 d 龄期， 基础结构内外最大 温差2 4 ．5 ~ C 。按文献[ 4 ] ， 板筏式混凝土基础的最 大温差应力为2 ．0 3 M P a 而模拟结构施工2 1 d 时内 外平均温度3 5 ．7 ℃以下。2 1 d 龄期实测劈裂抗拉 强度为3 ．0 4 M P a ， 其安全系数K = I ．4 9 。 加上结 构 的受 力筋 、 箍筋 、 构造筋 的阻裂作 用 ， 组织此次基础大体积混凝土施工是安全的。 3 施工技术要点及注意事项 ( 1 ) 选择 P S A 3 2 ． 5 级低热矿渣硅酸盐水泥 ， 以及木钙缓凝型减水剂， 以降低水化热， 消除施工 缝 ， 推迟放热峰。 ( 2 ) 利用大体积混凝土 自身水化热 ， 结构 中心 约达5 0 ℃的湿热养护条件， 将单方水泥用量降至 2 3 0 k ~ m 但另掺入水渣微粉( 细度小于0 ． 0 8 0 m m 。 筛余小于8 ％) 9 0 k ~ m ， Ⅱ级粉煤灰8 0 k ~ m ， 按6 0 d 龄期达到 1 0 0 ％~ k 。 ( 3 ) 降低混凝土拌合物 的初始入模温度至 1 8 ℃， ( G B 5 0 2 0 4 - -- -9 2 规范规定大体积混凝土浇筑 温度不宜超过2 5 c I = ) 。 ( 4 ) 采用分层浇筑 ， 层厚 3 0 0 mm左右 ， 而且按 先浇筑中心 ， 后浇筑四周的顺序 ， 以利于中心散 热 ， 以形成四周初始温度较高， 中心温度略低 ， 以 减少结构 内外温差 。 ( 5 ) 规范工艺 ， 减少水胶比至0 ．4 6 以下， 塌落 度 1 7 02 0 m m， 以防止水胶 比过大 ， 混凝土收缩过 大， 形成裂缝。混凝土浇筑过程中倾落的自由高 度小于2 m， 防止离析。 ( 6 ) 减小摩阻释放应力 ， 预防裂缝 ， 即沿基础 周边2 6 0 m m范围的垫层混凝土表面铺垫油毡纸一 层 ， 以便基础混凝土升、 降温过程中， 底板伸缩时 减小摩阻， 释放应力， 防止裂缝。 4 技术经济评述 转炉基础大体积混凝土配合比及其性能， 综 合如表1 。 表1 02 5 基础混凝土配合比及性能 ※分子为强度值， 分母为占c u lk 标准设计强度的百分率( ％) 由表 1 可看出 ， 按图纸设计 C 2 5等级基础大体 积混凝土 7 d 、 2 8 d 、 6 0 d 各龄期强度分别达到 1 5 ． 4 、 2 8 - 8 、 3 4 ． 2 MP a ， 尤其是 6 0 d 龄期交工时的实 际强度 达到 1 3 6 ．8 ％ 。达到预期效果。测温结果表明， 结构 中心历程最高温度 5 0 ． 3 ~ C， 表面温度 2 6 ． 2 o C， 温差2 4 ． 1 c c ， 温度梯度小于4 ．2 ℃， 比较理想。 由施工、 监理、 建设三方组织基础混凝土实物 的外观检查 ， 表面呈青灰色光泽 ， 里实外光 ， 无任 何裂纹和缺陷。尤其值得提出的是 ， 由于单方水 泥用量大幅度减少， 每立方米混凝土成本降低了 2 3 ． 6 元 ， 工程降低总成本达 2 1 ． 2 万元。充分利用矿 渣 、 粉煤灰资源 ， 变废为宝 ， 营造绿色生态环境 的 一 6 8一 社会效益更具重要的现实意义。 参考文献 [ 1 ] 侯景鹏等． 大体积混凝土温度控制与现场观测[ M] ． 混凝 土 2 0 0 4 ． 5 ． [ 2 ] 李林． 浅谈大体积混凝土温度裂缝控制[ M] ． 混凝土 2 0 0 4 ． 5 ． [ 3 ] 金德俊等． 在体积混凝土严冬负温施工[ M] ． 混凝土 2 00 6． 7． [ 4 ] 王明仁等．超大体积混凝土施工的裂缝控制[ M] ． 混 凝 土 2 0 0 1 ． 1 0 ． ( 2 0 0 9 — 5 — 2 5收 稿 )