淺談火電廠(chǎng)鍋爐筏板基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫控制

廖湘紅

摘要：本文通過(guò)工程實(shí)例介紹火電廠(chǎng)消除鍋爐筏板基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫的成功經(jīng)驗(yàn)，并從材料、溫度及施工等因素分析火電廠(chǎng)鍋爐筏板基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫形成的原因，詳細(xì)介紹裂縫的預(yù)防、溫差監(jiān)控技術(shù)。

關(guān)鍵詞：火電廠(chǎng)、筏板基礎(chǔ)、混凝土裂縫、控制

一、工程概況

某電廠(chǎng)鍋爐筏板基礎(chǔ)為矩形，長(zhǎng)度和寬度分別為58.4m×44.25m，厚度為4.25m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-6.05m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，總澆筑量為11360m3。筏板基礎(chǔ)為大體積混凝土，按設(shè)計(jì)要求應(yīng)一次連續(xù)澆筑，不設(shè)后澆帶。

二、鍋爐筏板基礎(chǔ)大體積混凝土裂紋形成的原因

1.混凝土的溫度應(yīng)力與溫度裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種變形稱(chēng)為溫度變形，當(dāng)此變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部即會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，稱(chēng)溫度應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度 ，混凝土即會(huì)出現(xiàn)裂縫，即溫差裂縫。

混凝土內(nèi)外溫差形成的兩個(gè)主要因素 ：

1.1環(huán)境溫度劇烈變化，包括年變化和一些突發(fā)大氣。

環(huán)境溫度劇烈變化使混凝土形成內(nèi)外溫差。特別是現(xiàn)澆的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，在拆模以后，突然遇到短期內(nèi)大幅的降溫，如寒潮的襲擊等，產(chǎn)生較大的溫差，引起較大的溫度應(yīng)力，而使混凝土開(kāi)裂。

1.2水泥水化熱。

水泥水化過(guò)程產(chǎn)生一定的水化熱，水化熱是水泥熟料中各種礦物在水化反應(yīng)中產(chǎn)生的，其大部分熱量在3天以?xún)?nèi)釋放出，特別是大體積混凝土，由于結(jié)構(gòu)斷面尺寸較大，混凝土澆筑以后產(chǎn)生大量水化熱，不容易散發(fā)，內(nèi)部溫度急劇上升，到達(dá)較高溫度。

溫度應(yīng)力是引起混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的主要原因之一，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，會(huì)引起滲漏水，影響結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，特別是鍋爐筏板基礎(chǔ)是建筑中的重要結(jié)構(gòu)，如若產(chǎn)生溫度裂縫 ，將對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響。

三、鍋爐筏板基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

1.鍋爐筏板基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)組成材料及混凝土配合比及配制的裂縫控制措施

1.1原材料選擇：水泥采用42.5級(jí)低水化熱的礦渣水泥，砂、石均符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，并摻入粉煤灰和外加劑。

1.2混凝土的配合比應(yīng)通過(guò)試配確定。試配除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度、耐久性、和易性和凝結(jié)時(shí)間等需要外，尚應(yīng)考慮到拌制、運(yùn)輸過(guò)程和氣溫環(huán)境情況，以及施工條件的差異和變化。

1.3混凝土的水灰比，為降低混凝土的水化熱 ，并隨強(qiáng)度等級(jí)提高而降低。拌合料的和易性宜通過(guò)摻加高效減水劑和混合材料進(jìn)行調(diào)整。在滿(mǎn)足和易性的前提下，盡量減少用水量，以降低水化熱，防止結(jié)構(gòu)裂縫的生成。

1.4混凝土原材料稱(chēng)量允許偏差，不應(yīng)超過(guò)以下數(shù)值：

水泥 ： 12％；

混合料 ： 1l％；

粗細(xì)骨料 ： 13％；

水及外加劑 ： 11％。

1.5拌制混凝土應(yīng)使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。攪拌時(shí)投料順序按常規(guī)做法，先倒砂子，再倒水泥 ，然后倒入石子，外加劑的投放方法應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。

1.6混凝土的配合比，應(yīng)考慮到實(shí)際施工時(shí)的坍落度損失，事先規(guī)定拌料在出料時(shí)以及運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)的坍落度。因此，必須有嚴(yán)格的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證制度。

2.混凝土結(jié)構(gòu)澆筑施工裂縫控制措施

2.1預(yù)冷卻拌合水大體積混凝土的澆注溫度越高，水泥水化越快。一般澆筑溫度每提高 10℃，混凝土內(nèi)部溫度約增加 3～5℃，如圖示 出了混凝土澆筑溫度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物溫度的影響。從圖中可以看出，混凝土澆筑溫度為 10℃和30℃時(shí)，其早期混凝土內(nèi)部溫度相很大，為了降低混凝土的澆注溫度 ，可對(duì)混凝土的原材料進(jìn)行預(yù)冷卻。

預(yù)冷卻混凝土最容易的辦法是采用冷卻拌合水，但由于水在混凝土中所占熱容量的百分比不大，見(jiàn)下表。因此，單純冷卻拌合水還不能完全有效地降低混凝土的澆注溫度 。因此還可采用冰來(lái)預(yù)冷拌合水，再用冰水拌合，或者在混凝土攪拌時(shí)摻冰屑，但注意冰在攪拌過(guò)程中要完全融化 。

各種材料的比熱容量及散熱損失

原材料 重量(kg／m。) 比熱 [KJ／(kg．k)] 預(yù)冷 1℃所散 失熱量 (KJ) 混凝土可預(yù)冷的溫度（℃）

石子 1600 0．84 1344 0．55

砂 子 550 0．84 462 0．19

水 120 4．2 504 0．21

水泥 150 0．84 126 0．05

混凝土 2420 1．01 2436 1．00

2.2采用全面分層法進(jìn)行施工，連續(xù)澆筑，并在前一層混凝土初凝前，將后一層混凝土澆筑完畢。

筏板表面混凝土澆筑完畢后，表面混凝土初凝前進(jìn)行二次振搗，對(duì)浮漿積水處鋪灑碎石碾壓，終凝前用木蟹打毛，并及時(shí)灑水蓋草簾養(yǎng)護(hù)，防止產(chǎn)生表面收縮裂縫。如果混凝土表面有積水，則采用模板開(kāi)孔和海綿吸水的方法進(jìn)行處理。

根據(jù)熱工計(jì)算的結(jié)果，對(duì)混凝土出機(jī)溫度、澆筑溫度進(jìn)行控制，以控制出機(jī)溫度不超出計(jì)算控制值。

為了有效防止裂縫的發(fā)生，在基礎(chǔ)轉(zhuǎn)折處，孔洞轉(zhuǎn)角周邊，增加斜向構(gòu)造配筋，以抵抗集中應(yīng)力，防止裂縫的發(fā)生。

2.3測(cè)溫到位

2.3.1混凝土澆筑后立即進(jìn)行測(cè)溫，并做好詳細(xì)記錄，開(kāi)始前一周，測(cè)溫頻率為兩小時(shí)一次，第二周以后為四小時(shí)一次。測(cè)溫的同時(shí)應(yīng)及時(shí)繪制出溫度變化曲線(xiàn)，直觀地顯示出溫度的變化情況。

2.3.2本工程測(cè)溫使用TM-902C型電子測(cè)溫儀，在基礎(chǔ)澆筑前，預(yù)埋測(cè)溫線(xiàn)，具體做法是將三根測(cè)溫線(xiàn)牢固綁扎在一根鋼筋上，按照測(cè)點(diǎn)的深度，溫度傳感器分高、中、低布置，高、中、低的高度分別為基礎(chǔ)面向下0.2m、2.2m、4.0m?；A(chǔ)邊的測(cè)溫線(xiàn)距基礎(chǔ)邊0.25m,在基礎(chǔ)上面的傳感器，做好各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)志，用塑料薄膜包裹好，在測(cè)溫時(shí)，在基礎(chǔ)同一點(diǎn)布置的三根測(cè)溫線(xiàn)，分別觀測(cè)混凝土的上部、中部和下部標(biāo)高溫度。

基礎(chǔ)大體積混凝土測(cè)溫圖

2.4養(yǎng)護(hù)得當(dāng)

2.4.1混凝土養(yǎng)護(hù)措施

混凝土澆筑完成，表面處理完畢后，立即進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，具體做法是先嚴(yán)密覆蓋一層塑料薄膜,在塑料薄膜上覆蓋一層化纖地毯，然后覆蓋一層塑料薄膜，再覆蓋二層草簾和一層塑料薄膜的基礎(chǔ)上再覆蓋一層草簾及一層薄膜。養(yǎng)護(hù)期間經(jīng)常檢查覆蓋層壓實(shí)情況，確保保溫效果。在模板安裝時(shí)，在模板內(nèi)側(cè)鋪貼一層聚乙烯泡沫保溫板，混凝土振搗后澆水充實(shí)保溫板與模板之間的間隙，并在模板外側(cè)懸掛一層絨毯及彩條布，以實(shí)現(xiàn)保溫保濕的養(yǎng)護(hù)效果。

基礎(chǔ)大體積混凝土保溫圖

2.4.2混凝土保溫計(jì)算

在模板安裝時(shí)，在模板內(nèi)側(cè)鋪貼一層聚乙烯泡沫保溫板，砼振搗后澆水充實(shí)保溫板與模板之間的間隙，并在模板外側(cè)懸掛一層絨毯及彩條布，以實(shí)現(xiàn)保溫保濕的養(yǎng)護(hù)效果。

①保溫材料厚度

δ= 0.5h?λi(T2-Tq)Kb/λ?（Tmax-T2）

式中：

λi——各保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m?K）] ，取0.14（阻燃草簾）；

λ——混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33[W/（m?K）]

T2——混凝土表面溫度：19.6（℃）（Tmax-25）

Tq——施工期大氣平均溫度：13（℃）

T2-Tq—6.6（℃）

Tmax-T2—21.0（℃）

Kb——傳熱系數(shù)修正值，取2.3；

δ= 0.5h?λi(T2-Tq)Kb/λ?（Tmax-T2）*100=8.73cm

故可采用二層阻燃草簾及一層化纖地毯并在其上下各鋪一層塑料薄膜的基礎(chǔ)上再覆蓋一層草簾及一層薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

②混凝土保溫層的傳熱系數(shù)計(jì)算

β=1/[Σδi/λi+1/βq]

式中：β——混凝土保溫層的傳熱系數(shù)[W/（m2?K）]

δi——各保溫材料厚度

λi——各保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m?K）]

βq——空氣層的傳熱系數(shù)，取23[W/（m2?K）]

代入數(shù)值得：β=1/[Σδi/λi+1/βq]= 1.5

③混凝土虛厚度計(jì)算：

hˊ=k?λ/β

式中： hˊ——混凝土虛厚度（m）

k——折減系數(shù)，取2/3；

λ——混凝土的傳熱系數(shù)，取2.33[W/（m?K）]

hˊ=k?λ/β=1.0365

④混凝土計(jì)算厚度：H=h+2hˊ=6.07 m

⑤混凝土表面溫度

T2（t）= Tq+4?hˊ（H- h）[T1（t）- Tq]/H2

式中：

Tq—施工期大氣平均溫度（℃）

hˊ——混凝土虛厚度（m）

H——混凝土計(jì)算厚度（m）

T1（t）——t 齡期混凝土中心計(jì)算溫度（℃）

不同齡期混凝土的中心計(jì)算溫度（T1（t））和表面溫度（T2（t））如下表。

混凝土溫度計(jì)算結(jié)果表

t（d） 3 6 9 12

T1（t）（℃） 32.1 38.6 40.6 38.7

T1- Tq（℃） 19.1 25.6 27.6 25.7

T2（t）（℃） 17.4 19.0 19.4 19.0

T1（t）- T2（t） 14.6 19．6 21.2 19.7

混凝土內(nèi)外溫差<25℃，符合要求。

四、效果

混凝土澆筑完成60天后，對(duì)筏板基礎(chǔ)混凝土進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫。解決了大體積混凝土裂縫的問(wèn)題，同時(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)節(jié)約用水。

五、結(jié)語(yǔ)

火電廠(chǎng)鍋爐筏板基礎(chǔ)是火電建設(shè)中的重要部位，也是建筑施工中的重點(diǎn)難點(diǎn)。如何對(duì)筏板大體積混凝土的裂縫控制，確保工程的安全和使用壽命，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程 。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。