沙鋼北區(qū)1#高爐熱風(fēng)爐基礎(chǔ)承臺大體積砼防裂措施

楊志軍

摘要：敘述沙鋼北區(qū)1#高爐熱風(fēng)爐基礎(chǔ)承臺大體積砼的施工過程；從理論計(jì)算、施工方案、現(xiàn)場操作等各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手進(jìn)行溫度的全方位控制，以達(dá)到防止大體積砼開裂的目的。

關(guān)鍵詞：大體積砼、水化熱、絕熱溫升、表面溫度、中心溫度、虛鋪厚度

中圖分類號： [TQ178] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

沙鋼工程1#高爐熱風(fēng)爐位于江蘇省張家港市錦豐鎮(zhèn)沙鋼北區(qū)1#高爐區(qū)域內(nèi)，基礎(chǔ)承臺平面尺寸為46.2×16m，厚3.4m ,砼強(qiáng)度等級C20，砼量為2513.3m3，施工采用一次性澆筑成型。

因大體積砼在硬化過程中，聚積的水化熱很大，在砼內(nèi)外散熱不均勻以及受到內(nèi)外約束的情況時(shí)，砼內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，將導(dǎo)致砼發(fā)生裂縫；因此，控制砼因水泥水化熱引起的溫升、防止砼出現(xiàn)有害裂縫是施工技術(shù)的關(guān)鍵；為此，我們從砼的原材料、配合比、攪拌、運(yùn)輸、澆筑及養(yǎng)護(hù)等各方面入手對砼的溫升進(jìn)行有效的控制，大大降低了砼的內(nèi)外溫差，有效的控制了裂縫的發(fā)生。

材料的控制

a 水泥采用低水化熱的礦32.5水泥；使用前對其水化熱進(jìn)行了測定；7d水化熱為224KJ/Kg，小于規(guī)范規(guī)定的250 KJ/Kg；

b細(xì)骨料選用江西的中粗砂，進(jìn)行篩分及含泥量試驗(yàn)，控制其含泥量小于2%；

c 碎石采用江陰產(chǎn)的5—31.5mm的火成巖，不得含有石灰石、白云石等對溫度不穩(wěn)定的熔化點(diǎn)低的石料，粗骨料除符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)外，其含泥量控制不大于1%。

配合比的選擇

熱風(fēng)爐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20砼，選用了60天的標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度，使單位水泥用量降低；配合比設(shè)計(jì)在保證強(qiáng)度、耐久性及施工工藝的前提下，以符合減少水泥用量、降低砼絕熱溫升為原則，同時(shí)摻入Ⅱ級粉煤灰、高效減水劑等親水性材料，降低水灰比，延緩和降低水化熱的產(chǎn)生；通過選用不同摻合料及外加劑，進(jìn)行了多次試驗(yàn)；優(yōu)選采用如下C20砼配合比：

（每立方砼材料用量）

飲用水：165kg

32.5礦渣硅酸鹽水泥：234kg（張家港海螺水泥）

中粗砂：792kg（江西）

碎石：1139 kg（江陰）

Ⅱ級粉煤灰：50 kg（張家港東萊電廠）

外加劑：2.9 kg（湖北建科NF-15緩凝保塑高效減水劑）

NF-15緩凝保塑高效減水劑主要成份是?--萘磺酸鹽甲醛縮合物，具有減水率高，保塑性好，緩凝效果顯著等特點(diǎn)，能明顯抑制水泥水化放熱，延緩、削減溫峰；同時(shí)能顯著提高砼早期強(qiáng)度，增大后期強(qiáng)度，有效控制砼的干縮變型，性能符合大體積砼的技術(shù)要求；從使用結(jié)果來看，摻入NF-15緩凝保塑高效減水劑還能改善砼的和易性、可泵性、不離析及保水性，具有良好的使用效果。

砼攪拌過程中溫度的控制

為降低砼的總溫升，減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，有效的控制出機(jī)溫度及澆灌溫度也很重要。

3.1出機(jī)溫度的控制

砼出機(jī)溫度與砼拌合溫度密切相關(guān)；

而砼拌合溫度Tc=∑TiWC/∑WC

Tc--------砼拌合溫度（0C）

C---------砼組成材料的比熱（J/kg.k）

Wc------砼組成材料的重量（Kg）

Ti--------砼組成材料的溫度（0C）

因1m3砼中碎石所占重量最大，而水的比熱大；所以，對出機(jī)溫度影響最大的是石子及水的溫度。

1#熱風(fēng)爐基礎(chǔ)承臺在10月初施工，日最高氣溫在28℃上下，為了進(jìn)一步降低砼的出機(jī)溫度，我們采用深井冷水冷卻碎石溫度；用水溫在10℃左右的井水和攪拌站附近電纜溝內(nèi)的地下水?dāng)嚢桧?；同時(shí)，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌砼，縮短了砼的攪拌時(shí)間，減少了材料與攪拌機(jī)葉片產(chǎn)生的磨擦熱；通過實(shí)測，砼的出機(jī)溫度在22℃左右，入模溫度較低，有效的降低了砼的總溫升。

3.2澆筑溫度的控制

施工中我們派專人指揮砼的運(yùn)輸及下料；盡量縮短砼的運(yùn)輸時(shí)間及卸料時(shí)間，并盡量減少泵送砼的數(shù)量；沿長邊方向在基坑兩邊修筑土臺，盡量采用溜槽進(jìn)行澆筑，以增大澆筑速度；同時(shí)，也減小了砼的塌落度及水灰比，降低了砼的入模溫度，避開了砼因泵送時(shí)與泵管產(chǎn)生磨擦而產(chǎn)生的熱量；施工中有95%以上的砼采用了溜槽下料；通過以上措施，有效的降低了砼的澆筑溫度；現(xiàn)場測定砼的澆筑溫度在22℃上下。

大體積砼的澆筑

4.1澆筑方法：

澆筑時(shí)按臺階沿長邊方向進(jìn)行推移式連續(xù)澆筑，分6個(gè)臺階，其中自下而上5個(gè)臺階為層厚600mm，最后一層為400mm，每個(gè)臺階推進(jìn)1.2m，每次共推進(jìn)7.2m；沿46.2米方向每邊均勻布設(shè)8個(gè)溜槽，對稱均勻下料，此種澆筑方法有效的提高了砼的澆筑速度，保證了上、下層砼澆筑時(shí)間不超過砼的初凝時(shí)間，有效的防止了冷縫的出現(xiàn)。

砼實(shí)際澆灌強(qiáng)度為33m3/h；，用3臺砼運(yùn)輸車輸送砼，共用76小時(shí)，順利的完成了砼的澆筑。

4.2振搗

采用每層前方下料、后方振搗同時(shí)進(jìn)行；嚴(yán)格控制振搗方法、時(shí)間、移動(dòng)間距及插入深度；作到每層砼攤鋪完同時(shí)也振搗完，以減少上、下層砼的時(shí)間間隔，加快澆筑速度。

4.3表面的處理

因砼表面浮漿較厚，在澆筑完2---4小時(shí)左右，初步按標(biāo)高用長

刮尺進(jìn)行刮平，然后用木搓反復(fù)措壓數(shù)遍，使其表面密實(shí)；個(gè)別微裂位置在終凝前再搓一道；這樣較好的控制了砼表面的龜裂，又減少了砼表面泌水的散發(fā)，促進(jìn)了砼的養(yǎng)護(hù)。

4.4養(yǎng)護(hù)

為防止內(nèi)外溫差過大，造成因溫度應(yīng)力大于同期砼抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫，養(yǎng)護(hù)工作尤為重要；施工中我們采取的是保溫、保濕養(yǎng)護(hù)；先在砼表面覆蓋一層塑料薄膜，覆蓋前砼表面先用溫水充分潤濕，覆蓋時(shí)間以砼初凝為宜，薄膜要盡量密封，盡量不要翻動(dòng)，以免水份蒸發(fā)；然后在薄膜上覆蓋一層2cm厚的草袋進(jìn)行保溫；通過14d的養(yǎng)護(hù)，砼質(zhì)量良好，表面光滑、密實(shí)，達(dá)到了規(guī)范的要求。

4.5存在的不足：因未對上涌的泌水及時(shí)進(jìn)行處理，使砼上表面局部位置在砼終凝后出現(xiàn)了起皮現(xiàn)象。

砼的測溫

5.1測溫前砼內(nèi)外溫差的預(yù)測

C20砼配合比及現(xiàn)場材料溫度為：

水泥與粉煤灰：284kg/m3,250c；水165kg/m3，100c；碎石1139kg/m3，350c；砂792 kg/m3，250c；日最低氣溫120c；日平均氣溫18.50c；砼攪拌棚溫度250c；

水泥水化熱：3d,182KJ/Kg；7d，224KJ/Kg;

材料比熱值c：水泥0.84KJ/kg.k，水4.2KJ/kg.k，砂0.84KJ/kg.k，

石子0.84KJ/kg.k

a砼拌合溫度：

Tc=（284×25×0.84+165×10×4.2+792×25×0.84+1139×35×0.84）/（284×0.84+165×4.2+792×0.84+1139×0.84）=24.70c

b砼出罐溫度：Ti=∑Tc-0.16(Tc –Td)

Ti--------砼出罐溫度（0C）

Tc--------砼拌合溫度（0C）

Td--------砼攪拌棚溫度（0C）

Ti=24.7-0.16×（24.7-25）=24.750C

c砼澆筑溫度：Tj= Tc+( Tq-Tc)(A1+A2+…An)

Tj--------砼澆筑溫度（0C）

Tc--------砼拌合溫度（0C）

Tq--------室外平均氣度（0C）

A1、A2…An------溫度損失系數(shù)（砼裝卸，共三次A1=0.032×3=0.096；砼運(yùn)輸時(shí)A=Q*§，§為運(yùn)輸時(shí)間取20min，Q為熱損失值取0.0042，A2=0.0042×20=0.084；澆筑時(shí)A=0.003*§，§為澆筑時(shí)間取30min，A3=0.003×30=0.09）

Tj=24.7+（18.5-24.7）×（0.096+0.084+0.09）=230C

d砼絕熱溫升：Tt=Th(1 –e-mt)

Tt-------在t齡期時(shí)砼絕熱溫升（0C）

Th-------砼的最終絕熱溫升（0C）

m------系數(shù)，取0.397；

t-------砼的齡期（d），e-----常數(shù)，取2.718；

Th=WQ/CP

W----水泥用量（kg/m3）

Q----水泥水化熱（KJ/kg）,3d ,182KJ/Kg；7d，224KJ/Kg;；

C-----砼的比熱，取0.97 KJ/kg*k

P-----砼的密度，取2400kg/m3；

3天：Th=284×182/（0.97×2400）=22.20C

Tt=22.2×（1-2.718-0.4×3）=15.510C

7天：Th=284×224/（0.97×2400）=27.30C

Tt=27.4×（1-2.718-0.4×7）=25.60C

e砼內(nèi)部實(shí)際最高溫度：Tmax=Tj+ Tt ק

Tmax------砼內(nèi)部實(shí)際最高溫度（0C）

Tj---------砼的澆筑溫度（0C）

Tt---------t齡期時(shí)砼的絕熱溫升（0C）

§--------不同澆筑厚度、不同齡期時(shí)的降溫系數(shù)，h=3.4m, 3 d時(shí)§取0.704，7d時(shí)§取0.694；

3 dTmax=23+15.51×0.704=340C

7 dTmax=23+25.6×0.694=40.80C、

基礎(chǔ)砼中心溫度為：（不考慮散熱情況下）

3 dTmax=23+15.51=38.510C

7 dTmax=23+25.6=48.60C

砼內(nèi)部最高溫度與外界平均氣溫之差為：48.6℃-18.5℃=30.1℃，為防止降溫速度過快和氣溫的突降，砼澆筑后采取了保溫措施；

f砼表面溫度

采用組合鋼模板，用厚2cm草袋及0.8mm的塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，大氣溫度25℃,日最低溫度12℃；

Tb(r)=Tq+4h(H-h)⊿T(t)/H2

Tb(r)-----------齡期t時(shí)，砼的表面溫度（℃）

Tq------------齡期t時(shí)，大氣的平均溫度（℃）

H------------砼的計(jì)算厚度（m），H=h+2h，h為砼厚取3.4m；

h-----------砼的虛鋪厚度（m）,h=Kλ/β

λ---------砼的導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33W/m.k

K---------計(jì)算折減系數(shù)，取0.666

β----------模板及保溫層的傳熱系數(shù)（W/m2.k）

β=1/（∑δi/λi+1/βq）

δi-----------各種保溫材料的厚度（m），草袋為0.02m;

λi------------各種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.k), 草袋為0.14 W/m.k；薄膜為0.047 W/m.k；

βq--------- 空氣層傳熱系數(shù)，取23w/m2.k

⊿T(t)---------- 齡期t時(shí)，砼內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差（℃），⊿T(t)=Tmax-Tq；

砼的虛鋪厚度

β=1/（0.02/0.14+0.0008/0.047+1/23）=4.9m

h=0.666×2.33/2.9=0.317m

砼的計(jì)算厚度：H=3.4+2×0.317=4.034m

齡期3d時(shí)，砼內(nèi)最高溫度與外界平均氣溫之差⊿T(t)=34-18.5=15.5℃；齡期7d時(shí)，砼內(nèi)最高溫度與外界平均氣溫之差⊿T(t)=40.8-18.5=22.3℃；

(3)砼的表面溫度：

3d,Tb(r)=18.5+4×0.317×（4.034-0.317）×15.5/4.0342=23℃

7d,Tb(r)=18.5+4×0.317×（4.034-0.317）×22.3/4.0342=25℃

計(jì)算結(jié)論：砼中的最高溫度與表面溫度之差（Tmax-Tb(r)），3d為38.5-23=15.5℃, 7d為48.7-25=24.7℃與≤25℃的規(guī)定相符；表面溫度與大氣最低溫度之差（Tb(r)-Tq）3d為11℃，7d為13℃未超過25℃的規(guī)定；

5.2砼澆筑后溫度的測控

a測溫方法

測溫管采用φ48×3.5的鋼管制作，每個(gè)測點(diǎn)按上、中、下布設(shè)三根長度各異的測溫管，內(nèi)部灌適量的清水，用水銀溫度計(jì)在每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行測溫；砼表面溫度以砼外表以下50mm為準(zhǔn)，砼中心溫度以基礎(chǔ)沿厚度方向1700mm處為準(zhǔn)，砼底面溫度以砼底面以上50mm為準(zhǔn)；(見圖一)

b溫度監(jiān)控

砼測溫有專人負(fù)責(zé)，從砼澆筑完6小時(shí)開始，每2小時(shí)測一次；當(dāng)發(fā)現(xiàn)中心溫度與表面溫度接近極限值25℃時(shí)立即采取加強(qiáng)保溫

的措施，從而減少溫差，保證質(zhì)量；測溫結(jié)束時(shí)間以砼溫度下降且內(nèi)外溫差在表面養(yǎng)護(hù)結(jié)束不超過20℃時(shí)為準(zhǔn)。

c測量結(jié)果要立即進(jìn)行處理，計(jì)算溫差值的大小，同時(shí)要注意溫度的變化；現(xiàn)以4號點(diǎn)為例，其溫度變化見附下圖；4號點(diǎn)砼的中心最高溫度為：52℃，降值出現(xiàn)在澆筑后的第6天；在同一天上表面最高溫度為40℃，內(nèi)外最大溫差為12℃；

施工總結(jié)

由本工程施工可知，控制溫度裂縫的重點(diǎn)是根據(jù)工程的具體情況選擇最佳、合理、實(shí)用的施工方案；并以此為前提，通過控制大體積砼的水泥用量、選用低水化熱水泥、摻加合適的外加劑、優(yōu)化砼的配合比、完善澆筑工藝以及選擇合理的養(yǎng)護(hù)方法等手段加強(qiáng)溫度的控制工作，以降低砼的溫升。

總之，面對日益廣泛的大體積砼工程，我們要不斷的完善技術(shù)措施，積累施工經(jīng)驗(yàn)，使大體積砼的施工逐步走向成熟之路。