某高爐基礎工程大體積混凝土施工技術應用研究

顧春朵

(阿里巴巴(中國)網絡技術有限公司，浙江 杭州 310052)

1 工程概況

上海寶鋼集團浦鋼搬遷羅涇工程的煉鐵系統采用了COREX-3000熔融還原煉鐵技術。其基礎底板較其他高爐基礎更為厚實，基礎底板外線呈長方體(長約68 m、寬約32 m、厚3.95 m)。基礎底板埋地深度5.5 m，混凝土量約為7900 m3。在基礎底板中部-1.600 m以上設有正十二邊形(每條邊邊長4260 mm)棱柱的爐底基礎，標高為-1.600～+3.940 m，棱柱截面的內切圓直徑為15.90 m，高為5.540 m，混凝土量約為1130 m3。兩部分混凝土總量為9100 m3。本工程的底板基礎混凝土的單次澆筑量和厚度都很大，為防止多種原因引起有害裂縫，必須用多種措施來保證混凝土施工的質量。

本工程的設計要求為：混凝土設計強度等級為C30，混凝土保護層底板底部為100 mm，其它面為40 mm。

2 大體積混凝土溫控技術與裂縫控制探究

在超厚超大混凝土結構中，水泥硬化過程中產生的大量水化熱將導致結構體內外有較大的溫差和形變差，這是導致大體積混凝土結構產生有害裂縫的主因[1]。

對于本工程的超厚大體積混凝土澆注施工，主要從減少水化熱和保溫控溫差兩個方面進行重點控制，從而確保了混凝土結構的質量。

3 大體積混凝土施工的裂縫控制技術措施

大體積混凝土施工，主要從控制混凝土的早期升溫及后期降溫速率等幾個方面保證施工質量，并相應落實以下幾個方面的技術措施。

3.1 大體積混凝土原材料的質量控制

(1)要降低大體積混凝土施工中的水化熱，首先應采取措施減少水泥用量，充分利用混凝土的后期強度。為此，在保證混凝土強度等級的前提下確定了施工用的配合比，如表1所示。

表1 混凝土配合比情況

(2)所有原材料必須符合現行國家標準及規范的規定。

(3)水泥應選用低水化熱水泥品種，本工程選用了P.O32.5號普通硅酸鹽水泥。

(4)粗細骨料選用，粗骨料選用5～25 mm的連續級配碎石，含泥量<0.7%；細骨料選用粗砂，含泥量<0.5%。

3.2 大體積混凝土施工措施

(1)混凝土供應情況。基礎大體積混凝土的澆筑時間在冬季，施工前制定了周密的作業方案。根據施工工藝要求及混凝土供應能力計算，基礎底板前兩次澆筑施工中均安排了6臺泵車、50輛攪拌車。

(2)混凝土澆搗施工方法。混凝土澆搗水平分層進行，每一層厚度在300 mm左右，可以避免混凝土內的冷縫。每臺泵車配5臺振動棒。上下層振搗搭接50～100 mm，每點振搗30 s左右。

(3)混凝土施工時間的控制。基礎混凝土施工從11月中旬開始，氣溫在15 ℃左右。根據氣溫情況、養護等因素，混凝土的初凝時間預估為6 h。同時要求上下層混凝土施工間隔控制在2 h內，混凝土出廠后4 h內完成澆筑。

(4)混凝土質量過程控制。在混凝土澆筑過程中，安排專職試驗員制作混凝土試塊。同時要求檢查坍落度情況，現場每30 m3測一次坍落度，并將信息及時通報攪拌站。

(5)混凝土的找平壓光。找平壓光工作在混凝土澆灌完畢以后馬上進行。初凝后，在基礎的側面及頂面鋪設保溫養護材料，開始進行養護工作。

3.3 混凝土的溫度監測和養護措施

(1)混凝土的溫度監測。本工程采用電子測溫儀器。溫控測點布置：中心點至長邊中點布置5列測點，每列測點沿厚度方向分別布置5個溫控點。溫度數據的采集：混凝土澆筑過程中測量每車混凝土的溫度，澆筑完成后2 h收集一次測溫讀數，直至內外溫度接近。

(2)混凝土溫控監測技術措施。絕熱溫升及最高溫升的計算：

其中：Tman為最高絕熱溫升， ℃；W為每立方混凝土的膠凝材料用量；Q為水泥28 d水化熱，取334 kJ/kg；C為混凝土的比熱，取0.97 kJ/kg·K；r為混凝土的密度，取2400 kg/m3。考慮到底板的散熱條件，影響系數取0.85，則Tmax=0.85×59.3=50.4 ℃。根據記錄，混凝土的入模溫度在17～28 ℃之間，取21 ℃。則基礎中心的最高溫度為Tmax=21+50.4=71.4 ℃。第一次澆筑現場實際時間為11月12日上午9時開始至13日凌晨5時結束，共計20 h。如圖1所示。

圖1 混凝土澆筑時室外溫度、入模溫度、坍落度記錄曲線

(2)混凝土的保溫養護。本工程混凝土的內外溫差控制要求在25 ℃，水泥用量253 kg/m3，混凝土入模溫度為21 ℃，基礎中心最高溫度Tmax為71.4 ℃。

現場實際施工時依此數據，混凝土表面鋪設二層薄膜和四層麻袋，以確保保溫養護效果。

3.4 混凝土溫度裂縫的產生

混凝土澆筑后的溫升階段，由于表面的散熱條件遠優于基礎內部，若保溫養護不到位會導致基礎內外溫差持續加大，從而引起溫度應力增大，當溫度應力高于混凝土的抗拉強度時，即產生溫度裂縫。

本工程混凝土降溫速率控制指標采用《塊體基礎大體積混凝土施工技術規程》(YBJ 224-1991)[2]的規定要求值(1～1.5 ℃/d)，通過控制混凝土表面的散熱、降溫速度，從而避免產生有害裂縫。

3.5 混凝土養護周期

依據混凝土溫度監測數據、混凝土的抗拉強度，動態地調整混凝土結構的保溫養護措施[3]。

經過長時間緩慢散熱降溫，當氣溫不低于+5 ℃且混凝土的最高溫度與氣溫差<25 ℃時，即可拆除養護材料，此段時間可定為大體積混凝土的保溫養護周期。本工程的實際保溫養護周期為28 d。

4 測試成果分析與監控效果

基礎共分四次陸續澆筑混凝土，每次澆筑后混凝土的養護均采取二層薄膜加四層麻袋的形式。基礎混凝土溫度監測曲線如圖2所示。

圖2 基礎混凝土溫度監測曲線

測試成果情況分析：在第2～4d間各測溫點溫度達到最高，均位于基礎結構中部。第1～3d測溫點溫度較快，迅速達到峰值。隨后各測溫點陸續進入降溫階段。基礎下部為土體，降溫較慢。基礎側面對比中部降溫速率相對較快，故基礎四周的外面又增加了一層薄膜，防止麻袋中的空氣層溫度在寒風中消散太快的問題。

溫控指標方面：各測溫點升溫的高點后，內外溫差維持在20 ℃左右。測溫工作結束前，先以混凝土早強試塊的強度(R28=30 MPa)為參考指標，確認混凝土同期強度與承受溫度應力差值為正值，同時后期增加十多天的延期養護期，穩定養護保溫工作的成效。至溫度監測結束經各方共同檢查，基礎上未見結構裂縫，基礎表面裂紋也較少。這說明此大體積混凝土保溫養護工作取得了很好的效果，各項技術措施有效、可行。

5 大體積混凝土施工分析

本工程大體積混凝土施工在采取一系列的技術措施之后，最終未有有害結構裂縫產生，為超厚大體積混凝土積累了一些施工經驗。

5.1 混凝土原材料質量控制及配合比設計是重要的環節

(1)水泥水化熱是混凝土溫升的主因，所以避免大體積混凝土結構產生溫度裂縫的關鍵是要采取措施減少水泥水化的發熱總量。

(2)通過優化配合比減少水泥用量。

(3)粗細骨料的合理級配也可減少水泥的用量，進而減少水化熱。

(4)其他如攪拌站生產混凝土時采用冰水、在基礎內敷設降溫管等主動降溫手段也可采用。

5.2 施工過程控制措施要到位

坍落度是施工過程混凝土質量控制的重要參數[4]，過程應隨時監控混凝土配合比的穩定性。

5.3 溫度監測與養護要有保障

電子測溫這種方式能迅速獲取各測溫點的溫度數據，便于獲取各測溫點溫度的變化趨勢[5]。

大體積混凝土溫升至最高溫后，溫度下降的快慢程度直接關系到大體積混凝土內部溫度應力的變化。加強混凝土的保溫養護措施，減小其降溫速度是保證結構不開裂的關鍵。本工程采用1～1.5 ℃/d降溫速率，對于超厚、形體長度為塊形的基礎來說切合實際。

6 結語

目前高、深、大的建筑日益增多，相應的問題也越來越多。而溫度裂縫的控制不單是施工單位單方面的工作，需要設計單位、建設單位共同協調，仔細研究有關理論及規范。從設計初始各方就應密切配合，結合工程豐富的實操經驗，在原材料、施工環境、溫控措施、豎向施工段劃分、澆筑施工等方面制定切實可行的全流程的作業方案并能切實落實，才能有效預防大體積混凝土有害裂縫的產生，確保工程施工質量。