150m高钢筋混凝土烟囱是该厂的重点工程, 其基础下口为30m直径圆, 上口11.8m直径圆, 高3.9m圆台大体积混凝土结构。混凝土总量达2000m3, 采用C30混凝土。施工特点是:混凝土量大、工程施工正处于8月份, 为一年中最高温度季节, 气温高达32℃左右, 受外界影响大, 不利于温控, , 又属于大体积混凝土, 强度等级较高, 由于水泥的水化热作用, 混凝土浇筑后将经历升温期, 降温期和稳定期3个阶段, 大体积混凝土温度控制尤为关键, 因温度变化引起混凝土收缩变形易引起裂缝产生。
可能出现两种裂缝:表面裂缝和贯穿性裂缝。表面裂缝通常是由水泥水化引起的混凝土体积变化、混凝土的塑性收缩和混凝土的失水收缩及养护不当造成的。贯穿性裂缝主要是因为混凝土浇灌时水化热温升值高、内外温差大、温度梯度变化大及降温收缩变形受到外部强约束作用, 温度应力超过混凝土的抗拉强度而造成的。通常情况下表面裂缝不会影响结构的安全性, 但是外界条件变化大时容易产生应力集中, 导致贯穿性裂缝的出现。因此工程中应尽量控制表面裂缝的出现。
针对防裂从混凝土原材料配合比设计, 模板技术改进, 混凝土施工技术, 混凝土养护方法, 现场监测控温等几方面采取有效控制措施。
为保证大体积混凝土施工质量, 施工时选用低水化热品种的水泥 (如矿渣硅酸盐水泥) , 水泥应进行水化热试验比较后方可使用, 在混凝土合料中掺入适量的粉煤灰和缓凝型外加剂, 以降低水泥用量和减少水化热。
(1) 水泥。采用42.5级低热矿渣水泥, 使用温度不得超过50℃, 否则须采取措施降低水泥温度, 如要求水泥生产厂家放置一段时间后发货。
(2) 粉煤灰。采用一级粉煤灰, 质量应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-91的规定。
(3) 砂。含泥量小于等于3%, 细度模数2.3~3.1, 属二区级配范围。其它指标必须符合规范规定, 砂来源必须稳定, 砂入场后应分批检验。
(4) 石。10mm到31.5mm连续级配碎石, 设计要求不得使用石灰石, 级配应优良, 来源应稳定, 必须分批检验并严格控制其含泥量不超过1.0%, 如果达不到要求, 必须用水冲洗合格后使用, 其它指标必须符合规范要求。
(5) 外加剂。采用黄河外加剂厂生产的三合一缓凝型高效减水剂。
(6) 水。拌合用水的水质通过严格检验并符合有关规范规定。
为改善混凝土性能, 防止裂缝产生, 同时掺加粉煤灰和减水剂, 对于大体积混凝土, 粉煤灰取代了部分水泥, 使得混凝土的水化热降低, 可以有效地防止温度裂缝, 泵送混凝土中采用的粉煤灰为磨细的一级灰, 外加剂为三合一缓凝型高效减水剂。
泵送混凝土应具有良好的和易性和粘聚性, 不离析、不泌水。初始坍落度控制在18cm左右, 初凝时间为 (25±3) h。为满足以上施工要求, 确保施工质量, 对基础大体积混凝土配合比进行大量试验, 按材料实际情况, 优选出配合比;同时结合现场施工和材料情况, 对配合比进行调整。根据设计要求和有关规范规定, 基础大体积混凝土采用标准养护条件下60d龄期的抗压强度作为验收和评定的依据。最终优选的配合比由试配确定。
由于组合钢模板导热系数大, 不利于大体积混凝土的保温与养护, 会引起侧面温差大的变化导致混凝土收缩, 决定采用240厚砖模, 内侧1:3水泥砂浆抹灰作模板体系。以便加强侧面混凝土的保温效果, 减小混凝土侧表面的散热率, 缩小混凝土的内外温差。
(1) 采用泵送混凝土连续斜面分层浇筑工艺, 每层厚度控制在300~500mm, 必须在下层混凝土初凝前浇筑完毕上层混凝土。混凝土倾斜角度大约1:6。施工时应注意混凝土的泵送速度, 既要防止混凝土供应不足而造成施工缝的出现, 又要避免混凝土堆积。如因停歇, 时间超过初凝时间时, 仓面混凝土应按施工缝处理。
(2) 浇筑混凝土时, 应采用振动器振实。使用插入式振动器时, 移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍, 对每一部位混凝土必须振动到密实为止, 密实的标志是混凝土停止下沉, 不再冒气泡, 表面平坦, 不泛浆。
(3) 第一次振捣后1.5h应对混凝土进行二次振捣, 以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和孔隙, 减少内部裂缝的形成和发展, 避免应力集中造成的混凝土开裂。混凝土表面刮平抹平1~2h后, 在混凝土初凝前去除表面浮浆, 进行二次抹压, 以消除混凝土因沉降收缩和塑性收缩产生的表面裂缝, 增加混凝土内部的密实度。
(1) 混凝土浇筑完成后在混凝土的上表面覆盖1层塑料薄膜保湿和2层草袋保温, 待混凝土终凝后进行蓄水养护, 在混凝土表面蓄水50~100mm, 并保持7~10d, 既起到对混凝土上表面的保温作用, 又能够做好对混凝土表面的保温养护工作。
(2) 在草袋底下布置冷却水管, 水管采用管径42.3mm、厚3.25mm的黑铁管, 在混凝土中均布设2层冷却水管, 冷却水管水平及竖向间距为1m左右。冷却水管布设后应进行压水试验, 防止管道漏水;在混凝土浇筑至水管标高后立即开始通水, 连续通水8~10d, 在此期间若混凝土降温速率超出过1.5℃/d, 则停止通水, 严格控制进水温度, 在保证冷却水管进水温度与混凝土内部最高温度之差不超过25℃的条件下, 尽量使进口水温最低;由于气温高, 冷却水应使用静置后的集水池内的水, 以控制温差。
(3) 混凝土顶面待混凝土终凝后进行养护, 用草袋淋水覆盖, 时间持续到混凝土内外温差恒低于25℃时停止。
为做到信息化温控施工, 出现异常情况能及时调整, 在混凝土内部布设温度测点。
(1) 温度测试。根据基础结构特点和温度要求结果, 在混凝土内埋设温度测试孔, 温度测试点位于层厚1/2处, 并同时检测大气温度、混凝土浇筑温度, 各冷却水管进、出口水温。
(2) 测试仪器。温度传感器为PN结温度传感器, 温度检测仪采用PN-4C型数字多路自动巡回检测控制仪。温度传感器主要技术性能:测温范围-50℃到50℃;工作误差+0.5℃;分辨率0.1℃。
(3) 现场测试要求。在混凝土浇筑前完成传感器埋设及保护工作, 并将电缆引到测试房, 保护材料主要为角钢和塑料泡沫。各项测试应在混凝土浇筑后立即进行, 连续不断。混凝土的温度测试由专人负责。峰值以前每2h观测1次, 峰值出现后, 每4h观测1次, 持续5d, 转入每天测2次, 直至基本稳定。每天检测完后及时填写混凝土测温记录表。
(1) 混凝土配合比选择是大体积混凝土温控工作的首要环节, 原材料的选择尤其关键;粉煤灰掺量、外加剂品种及掺量是在大量水化热试验基础上选定的, 保证了混凝土的低热性, 能有效防止产生温度裂缝。温度检测结果显示;C30混凝土最大水化热温升一般不超过35℃, 满足了温控设计的要求。
(2) 温控措施是在严格温控计算基础上确定的, 既注重温控效果, 又保证了工期和方便了施工。混凝土浇筑温度的控制根据施工现场条件因地制宜, 在基础施工过程中正是高温季节, 采用控制原材料的温度来降低浇筑温度, 对碎石采用浇水降温, 保证了温控效果。
(3) 冷却水管进、出水口温差的平均值为17.5℃, 冷却水管起到了早期削减温峰值及防止温度回升的效果。
(4) 综合温度检测结果, 基础大体积混凝土施工期间各种温控措施发挥了良好的效果, 达到了预控目的, 基本满足温控标准要求。
综上所述, 采用了冷却水管降温, 双层草帘保温保湿养护, 原材料配合比设计优化, 混凝土施工过程控制等多项控制措施, 大体积混凝土的温度控制取得了良好效果, 成功地避免混凝土有害裂缝的出现。
摘要：本文通过工程实例, 对某工业建筑基础结构大体积混凝土温度及裂缝控制的问题进行了探讨, 并提出了相应的解决措施, 以供同行参考。
关键词：工业建筑,大体积混凝土,温度裂缝,控制措施
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