沙鋼北區1#高爐熱風爐基礎承臺大體積砼防裂措施

楊志軍

摘要：敘述沙鋼北區1#高爐熱風爐基礎承臺大體積砼的施工過程；從理論計算、施工方案、現場操作等各個關鍵環節入手進行溫度的全方位控制，以達到防止大體積砼開裂的目的。

關鍵詞：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] 文獻標識碼： A

沙鋼工程1#高爐熱風爐位于江蘇省張家港市錦豐鎮沙鋼北區1#高爐區域內，基礎承臺平面尺寸為46.2×16m，厚3.4m ,砼強度等級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，在砼內外散熱不均勻以及受到內外約束的情況時，砼內部會產生較大的溫度應力，將導致砼發生裂縫；因此，控制砼因水泥水化熱引起的溫升、防止砼出現有害裂縫是施工技術的關鍵；為此，我們從砼的原材料、配合比、攪拌、運輸、澆筑及養護等各方面入手對砼的溫升進行有效的控制，大大降低了砼的內外溫差，有效的控制了裂縫的發生。

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行了測定；7d水化熱為224KJ/Kg，小于規范規定的250 KJ/Kg；

b細骨料選用江西的中粗砂，進行篩分及含泥量試驗，控制其含泥量小于2%；

c 碎石采用江陰產的5—31.5mm的火成巖，不得含有石灰石、白云石等對溫度不穩定的熔化點低的石料，粗骨料除符合現行標準外，其含泥量控制不大于1%。

配合比的選擇

熱風爐基礎設計強度為C20砼，選用了60天的標養強度作為設計強度，使單位水泥用量降低；配合比設計在保證強度、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生；通過選用不同摻合料及外加劑，進行了多次試驗；優選采用如下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，能明顯抑制水泥水化放熱，延緩、削減溫峰；同時能顯著提高砼早期強度，增大后期強度，有效控制砼的干縮變型，性能符合大體積砼的技術要求；從使用結果來看，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，減少結構的內外溫差，有效的控制出機溫度及澆灌溫度也很重要。

3.1出機溫度的控制

砼出機溫度與砼拌合溫度密切相關；

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，對出機溫度影響最大的是石子及水的溫度。

1#熱風爐基礎承臺在10月初施工，日最高氣溫在28℃上下，為了進一步降低砼的出機溫度，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的地下水攪拌砼；同時，采用強制式攪拌機攪拌砼，縮短了砼的攪拌時間，減少了材料與攪拌機葉片產生的磨擦熱；通過實測，砼的出機溫度在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輸及下料；盡量縮短砼的運輸時間及卸料時間，并盡量減少泵送砼的數量；沿長邊方向在基坑兩邊修筑土臺，盡量采用溜槽進行澆筑，以增大澆筑速度；同時，也減小了砼的塌落度及水灰比，降低了砼的入模溫度，避開了砼因泵送時與泵管產生磨擦而產生的熱量；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：

澆筑時按臺階沿長邊方向進行推移式連續澆筑，分6個臺階，其中自下而上5個臺階為層厚600mm，最后一層為400mm，每個臺階推進1.2m，每次共推進7.2m；沿46.2米方向每邊均勻布設8個溜槽，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、下層砼澆筑時間不超過砼的初凝時間，有效的防止了冷縫的出現。

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

4.2振搗

采用每層前方下料、后方振搗同時進行；嚴格控制振搗方法、時間、移動間距及插入深度；作到每層砼攤鋪完同時也振搗完，以減少上、下層砼的時間間隔，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小時左右，初步按標高用長

刮尺進行刮平，然后用木搓反復措壓數遍，使其表面密實；個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，促進了砼的養護。

4.4養護

為防止內外溫差過大，造成因溫度應力大于同期砼抗拉強度而產生裂縫，養護工作尤為重要；施工中我們采取的是保溫、保濕養護；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，覆蓋時間以砼初凝為宜，薄膜要盡量密封，盡量不要翻動，以免水份蒸發；然后在薄膜上覆蓋一層2cm厚的草袋進行保溫；通過14d的養護，砼質量良好，表面光滑、密實，達到了規范的要求。

4.5存在的不足：因未對上涌的泌水及時進行處理，使砼上表面局部位置在砼終凝后出現了起皮現象。

砼的測溫

5.1測溫前砼內外溫差的預測

C20砼配合比及現場材料溫度為：

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（砼裝卸，共三次A1=0.032×3=0.096；砼運輸時A=Q*§，§為運輸時間取20min，Q為熱損失值取0.0042，A2=0.0042×20=0.084；澆筑時A=0.003*§，§為澆筑時間取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齡期時砼絕熱溫升（0C）

Th-------砼的最終絕熱溫升（0C）

m------系數，取0.397；

t-------砼的齡期（d），e-----常數，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砼內部實際最高溫度：Tmax=Tj+ Tt ק

Tmax------砼內部實際最高溫度（0C）

Tj---------砼的澆筑溫度（0C）

Tt---------t齡期時砼的絕熱溫升（0C）

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

3 dTmax=23+15.51×0.704=340C

7 dTmax=23+25.6×0.694=40.80C、

基礎砼中心溫度為：（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的塑料薄膜進行養護，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，砼的表面溫度（℃）

Tq------------齡期t時，大氣的平均溫度（℃）

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

h-----------砼的虛鋪厚度（m）,h=Kλ/β

λ---------砼的導熱系數，取2.33W/m.k

K---------計算折減系數，取0.666

β----------模板及保溫層的傳熱系數（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------------各種保溫材料的導熱系數(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，取23w/m2.k

⊿T(t)---------- 齡期t時，砼內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

砼的計算厚度：H=3.4+2×0.317=4.034m

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

計算結論：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，每個測點按上、中、下布設三根長度各異的測溫管，內部灌適量的清水，用水銀溫度計在每個測點進行測溫；砼表面溫度以砼外表以下50mm為準，砼中心溫度以基礎沿厚度方向1700mm處為準，砼底面溫度以砼底面以上50mm為準；(見圖一)

b溫度監控

砼測溫有專人負責，從砼澆筑完6小時開始，每2小時測一次；當發現中心溫度與表面溫度接近極限值25℃時立即采取加強保溫

的措施，從而減少溫差，保證質量；測溫結束時間以砼溫度下降且內外溫差在表面養護結束不超過20℃時為準。

c測量結果要立即進行處理，計算溫差值的大小，同時要注意溫度的變化；現以4號點為例，其溫度變化見附下圖；4號點砼的中心最高溫度為：52℃，降值出現在澆筑后的第6天；在同一天上表面最高溫度為40℃，內外最大溫差為12℃；

施工總結

由本工程施工可知，控制溫度裂縫的重點是根據工程的具體情況選擇最佳、合理、實用的施工方案；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、優化砼的配合比、完善澆筑工藝以及選擇合理的養護方法等手段加強溫度的控制工作，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措施，積累施工經驗，使大體積砼的施工逐步走向成熟之路。