3200m3高爐基礎大體積混凝土溫度裂縫控制

李愛國

(山鋼集團萊鋼規劃發展部，山東萊蕪 271104)

眾所周知，在大體積混凝土澆筑過程中，由于水泥水化熱引起的澆筑體內部的溫度—收縮應力劇烈變化，導致混凝土澆筑體發生裂縫，嚴重影響結構質量和壽命。鋼鐵企業的高爐、熱風爐、均熱爐和轉爐等大型設備基礎，混凝土澆筑量都較大，因此，如何控制溫度，有效防止混凝土出現有害裂縫，保證工程質量，一直是鋼鐵企業大型設備基礎大體積混凝土工程中一個重要課題。本文將以某鋼鐵企業3200 m3高爐基礎工程為例，做初步探討。

1 工程概況

某鋼鐵企業3200 m3高爐基礎工程，長46 m，寬31 m，最大高度9.85 m，強度等級C30，耐熱基墩0.8 m以上為450℃耐熱混凝土。高爐基礎工程混凝土量約為14 290 m3，其中填充約為7 000 m3，基礎本體混凝土量約為6 500 m3，耐熱混凝土量約為790 m3。該基礎目前是山東省冶金行業最大的大體積混凝土基礎，于2008年9月19日開始澆筑，9月23日完成。

2 混凝土各齡期溫度應力、內外溫差及抗裂驗算

混凝土澆筑前，工程技術人員首先對施工階段的混凝土澆筑體溫度、溫度應力及收縮應力等進行了計算。經驗算，混凝土各齡期里表溫差均小于25℃(見表1)，且抗裂安全系數均不小于1.15，表明混凝土抗裂是安全的，不會出現裂縫。

3 混凝土現場測溫

表1 高爐基礎各齡期混凝土內外溫度對比表

3.1 測溫點布置

混凝土澆筑前，在結構內部埋設兩套測溫點系統，然后采用自動及便攜式電子測溫儀進行測溫，共設計8個便攜式手工測溫點和8個自動測溫點，兩套測溫方案按中心點斜角對稱設置(測點布置見圖1)。每點埋設按每1 500 mm高設置一傳感線(測溫探頭)。上點底距離表面200 mm，中點居中，下點底距離基底20 mm。

現場技術人員對測溫全過程進行跟蹤分析，一旦混凝土結構內外溫差達到20℃，立即采取增加保溫層厚度的應急措施，保持混凝土內外溫差不超過25℃。

在擬定平面布置測溫點處，采用φ25鋼筋豎向焊接固定在鋼筋網片角鋼固定架上，測溫導線沿鋼筋敷設并固定在鋼筋上。測溫導線探頭在混凝土澆筑之前預先用膠布固定在設計位置，手動測溫點部分在上端插頭處做上標記以防混淆，用塑料袋將每組豎向插頭包裹在一起，防止被混凝土污染;全自動測溫點部分直接將上端插頭連接在電腦上，混凝土澆筑前先行連線調試合格。

在混凝土澆筑過程中，時刻注意混凝土不得直接沖擊測溫導線及探頭，施工人員時刻注意不得損傷測溫導線及探頭。

為準確測量底板溫度，采用全面十字布點，測點水平間距10 m，豎向布點3個，上、下兩點分別距上、下表面20 cm，中點居中，在綁扎傳感器時應避免與鋼筋直接接觸，防止因鋼筋導熱系數大，直接接觸后傳導的數據失真，綁完后進行全面校核，保證測點編號清晰，并要及時掌握混凝土內外溫差，所有測孔均應編號。

3.2 測溫時間

在最底層測溫點被混凝土覆蓋后，開始測溫，時間間隔2 h測溫一次，5 d后可每4 h測溫一次，每次測溫的同時記下環境溫度。測溫記錄直接進入電腦。當混凝土表面溫度與大氣溫度接近，大氣溫度與混凝土中心溫度差不大于20℃時，可解除保溫停止測溫。在混凝土澆筑過程中，每4 h對混凝土的出罐溫度和入模溫度進行一次測溫。安排專人施測。

3.3 測溫曲線

進行混凝土內部不同深度和表面溫度的測量，測溫工作應由專人負責，測溫記錄應詳細，并繪制成相應溫差變化曲線(如圖2所示8號點測溫曲線圖)，以此數據作為對混凝土施工和控制質量的依據，嚴禁采取通過沿孔的高度變動溫度計的方法來測豎孔中不同高度未知的溫度。對每一次的測溫數據整理后進行熱工計算，遇有特殊情況(氣溫驟降或混凝土內外溫差接近25℃時)要及時報告專業監理工程師，采取緊急保溫措施，以防止混凝土產生溫度應力和裂縫。降溫速度原則上每天不大于1.5℃。

4 混凝土養護

本工程采取保溫法控制混凝土的內外溫差。經計算，保溫層厚50 mm，采取分兩層覆蓋，即每層25 mm，另備用一層保溫層。保溫層采用氈被。在澆筑完混凝土，將混凝土二次抹面完成后，立即灑溫水(水溫與表面混凝土基本同溫)，前面灑水，后面緊隨著在其表面覆蓋一層塑料薄膜(30 g/m2～40 g/m2)，搭接長度不小于200 mm，給混凝土創造一個均勻養護濕度。隨后用一層氈被進行覆蓋，氈被上面再覆蓋一層塑料薄膜進行防水覆蓋。養護一定要與測溫配合進行。當發現混凝土內外溫差示不小于20℃時，立即加厚保溫層厚度，降低結構表面的熱量散失，使內外溫差不超過25℃;-3.5 m以下結構側面保溫層在-1.0 m以下混凝土澆筑完成后，開始拆除該部分模板支撐(模板背楞不拆除)，然后進行覆蓋保溫層，覆蓋方式同結構上表面(保溫層用綁絲連接在鋼模板上)，同時注意保溫層的固定，保證混凝土的保溫養護條件，以使混凝土始終處于保溫和濕潤狀態。爐底框架柱和爐底安裝施工時，不可避免的需拆除部分保溫層。在實際操作時，根據測溫記錄選取內外溫差小于25℃環境下施工，并且隨施工隨恢復保溫層。保溫層拆除時，要保證混凝土內部溫度與環境溫度差要小于20℃，并在中午氣溫較高時才可安排保溫層拆除，拆除后立即組織驗收回填，盡可能減少混凝土暴露時間。

為防止澆筑圓柱體混凝土時產生的泌水，影響-1.0 m以下混凝土保溫效果，采取在-1.0 m圓柱體四周和南北兩側抹出引水溝。

5 應用情況

以上溫度控制措施實施以后，溫度變化情況符合正常規律。以某一測點溫度為例，該點在澆筑混凝土4 h后開始升溫，平均每小時升溫0.427℃，3d后達到最高溫度69.8℃，維持一段時間后，開始降溫，平均每天降溫0.89℃，齡期40 d時降到36.8℃，接近大氣溫度，說明降溫緩慢，符合防裂要求。

6 結語

某鋼鐵企業3200 m3高爐大體積混凝土基礎在正確的理論計算指導下，采取了合理的施工方案和有效的控溫防裂措施，經過近5年的使用和觀察，沒有發現任何有害裂縫和異常現象。因此，對于大體積混凝土基礎，只要合理控制混凝土最高溫升值、里表溫差、降溫速率及混凝土表面與大氣的溫差，使其在規范允許的范圍內，是可以避免溫度裂縫的。