大體積混凝土基礎(chǔ)施工裂縫控制技術(shù)

***京唐5500m31#高爐大體積混凝土基礎(chǔ)施工裂縫控制技術(shù)總結(jié)***京唐1#5500m3高爐大體積混凝土基礎(chǔ)施工裂縫控制技術(shù)總結(jié)工程簡介：***京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司生產(chǎn)能力970萬噸/年，產(chǎn)品定位為目前國內(nèi)市場短缺、生產(chǎn)能力不足的高品質(zhì)、高檔次、高附加值的板材精品，是具有國際市場競爭力的現(xiàn)代化、高效、環(huán)保大型鋼鐵基地。京唐鋼鐵公司1#5500m3高爐基礎(chǔ)是國內(nèi)最大的混凝土高爐基礎(chǔ)，長60m,寬35.7m，厚度8.5m，是我國首座超過5000m3的高爐，屬于典型的大體積混凝土，冶金行業(yè)尚無先例。本工程具有混凝土澆筑方量大，一次澆筑量達(dá)11031m3，質(zhì)量要求高（不能出現(xiàn)有害裂縫，防止海水侵蝕鋼筋對高爐基礎(chǔ)的耐久性產(chǎn)生不利影響），養(yǎng)護(hù)困難（施工區(qū)域緊鄰海邊，四分之三的天數(shù)刮風(fēng)），和不加冷卻水管一次性不間斷連續(xù)澆筑完成等特點。施工過程中大體積混凝土水化熱產(chǎn)生的內(nèi)外溫差，易使混凝土產(chǎn)生溫差裂縫，若不采取有效的技術(shù)措施，必將由于混凝土收縮應(yīng)力過大而造成混凝土出現(xiàn)裂縫，從而影響使用功能。對于如此規(guī)模、如此重要和如此高標(biāo)準(zhǔn)要求的特大型大體積混凝土基礎(chǔ)，在國內(nèi)有這方面施工經(jīng)驗的隊伍也非常少。首建集團(tuán)把這一課題列入2006年技術(shù)攻關(guān)項目，掌握這一施工技術(shù)，給我們大體積混凝土施工增添寶貴的施工經(jīng)驗，同時對我們基建隊伍的發(fā)展有著重要意義。施工技術(shù)方案中需明確解決的技術(shù)課題***京唐5500m3高爐廠址位于唐山市南部的渤海海灣的曹妃甸島。在廠址范圍內(nèi)全部為吹填成陸，地質(zhì)松軟，地下建（構(gòu)）筑物受海水侵蝕，且高爐基礎(chǔ)不是很深，采用什么樣的降水是本工程的一個關(guān)鍵點，也是保證工程質(zhì)量的一個前提。采用C30高性能混凝土，高性能混凝土應(yīng)用在特大型高爐基礎(chǔ)上在我國尚屬首次，合理選用原材料、配置和優(yōu)化滿足要求的混凝土配合比是本次施工中解決的一個難點。打破水工工程施工方法，在此工程中采用水平不分層、垂直不分縫、不加冷卻水管的施工方法進(jìn)行實施和實踐檢驗，為總結(jié)大體積混凝土施工工藝不提供依據(jù)?；炷羻误w澆筑量較大，充分利用混凝土的初凝時間保證混凝土澆筑的連續(xù)性；混凝土澆筑的方法和機械的配備及人員的組織與安排是施工過程的一個重點。通過對混凝土的內(nèi)部溫度計算（絕對溫升值、計算各齡期砼收縮變形值、砼的溫度收縮應(yīng)力、混凝土的保溫覆蓋厚度）來控制砼的內(nèi)外溫差和混凝土的降溫速度。此次采用數(shù)泰智能采集系統(tǒng)對基礎(chǔ)本體進(jìn)行內(nèi)外溫度監(jiān)測，從而防止混凝土因內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生溫差裂縫，同時及時發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)過程中可能出現(xiàn)的異常情況，及時調(diào)整養(yǎng)護(hù)方案，以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工和養(yǎng)護(hù)，實現(xiàn)大體積混凝土數(shù)字化施工?；炷羶?nèi)合理的配筋能夠約束和抵消混凝土內(nèi)部由于各種原因產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而有效的控制混凝土的開裂。曹妃甸地區(qū)風(fēng)大，在方案中明確防風(fēng)措施，防止混凝土出現(xiàn)干縮、沉縮裂縫。針對技術(shù)方案中提出的課題所采取的技術(shù)措施由于此地區(qū)為吹填區(qū)域，地下水和海水相連，采用井點降水、干底作業(yè)施工，以保證高爐基礎(chǔ)施工質(zhì)量。土方開挖情況土方采用分層開挖方法，從現(xiàn)場開挖的情況來看，第一層開挖1m左右水就越滲越多，到2006年12月26日基坑已全部是水。降水后的效果降水10天后，基坑內(nèi)沒有明水，加快了土方挖土速度，同時也保證了高爐基礎(chǔ)干底施工的要求。從土方放坡角度來看，降水后的土質(zhì)比較堅固，可把原方案1：1的放坡減少到1：0.5,減少挖方量。C30高性能混凝土的研究與應(yīng)用高性能混凝土技術(shù)途徑是采用優(yōu)質(zhì)混凝土礦物摻和料和新型高效減水劑復(fù)合，配以與之相適應(yīng)的水泥和級配良好的粗細(xì)骨料，形成低水膠比，低缺陷，高密實、高耐久的混凝土材料。根據(jù)設(shè)計要求（C30防腐阻銹混凝土、氯離子擴散系數(shù)DNEL＜2×10－12m2/s（28天齡期），混凝土含氣量4%～6%，抗凍性耐久性指數(shù)DF≥60%～70%，混凝土的總堿量不超過3kg/m3，混凝土膠結(jié)材料用量≥340kg/m3，最大水膠比0.4）和施工要求(混凝土采用分層澆注法，基礎(chǔ)底板混凝土共分14層，每層400mm厚,每層混凝土量約857m3，每層混凝土澆注時間為7小時，每小時混凝土供應(yīng)量為123m3。按此方案計算，要求混凝土初凝時間不早于8小時，混凝土終凝時間不晚于13小時),我們試驗室經(jīng)歷近一年的試驗，對高性能砼所需用的原材料進(jìn)行檢驗和混凝土配合比的試配及優(yōu)化工作，進(jìn)行了40多次試驗，成型試件300多組，最終確定了原材料和優(yōu)化后的配合比：選用的主要原材料性能指標(biāo)名稱性能指標(biāo)冀東普硅水泥初凝時間3h000m，終凝時時間3h57m；3d抗壓強度31.2MMpa，28d抗壓強度61.1MMpa；3d抗折強度5.9Mppa，28d抗折強度8.9Mppa；堿含量0.677%。3天水化熱251KJJ/Kg，7天水化熱282KKJ/Kg。NST阻銹防腐劑劑含固量：32%；；減水率：23%；含氣量4.5%%；抗壓強度比比：3d1145%；7d1440%；28d130%；相對抗腐腐蝕系數(shù)：117%；絕對抗腐腐蝕系數(shù)：113%；堿含量：2.5%陡河電廠Ⅱ級粉煤灰細(xì)度：14.4%%；需水量比：105%；燒失量：2.03%；三氧化硫硫含量：0.41%%；堿含量0.500%石子粒徑：5mm～331.5mmm；含泥量：0.2%；針片狀顆顆粒含量：3.2%；壓碎指標(biāo)標(biāo)：6%砂子細(xì)度模數(shù)：2.66；含泥量：1.4%；泥塊含量量：0.2%；唐山銀龍S95級級磨細(xì)礦渣粉粉比表面積：4333m2/kg；活性指數(shù)數(shù)：7天96%，28天111%；流動比：98.5%；堿含量：0.43%。優(yōu)化后的混凝土配合比C30防腐、阻銹、高性能優(yōu)化混凝土配合比材料名稱水泥砂石礦粉粉煤灰外加劑水每方用量20882410491046215150優(yōu)化配合比試驗結(jié)果混凝土的和易性良好，混凝土坍落度為180mm、擴展度為520mm，無泌水現(xiàn)象，混凝土初凝時間為9h40mm，終凝時間為12h20mm，混凝土含氣量為5.2%，容重為2398kg/m3,最大水膠比0.4?？紤]到高爐基礎(chǔ)為大體積混凝土，為降低混凝土的水化熱、推遲、降低溫升峰值，結(jié)合有關(guān)專家的建議，將最終混凝土配合比確定見下表。C30防腐、阻銹、高性能混凝土調(diào)整配合比材料名稱水泥砂石礦粉粉煤灰外加劑水每方用量2088241049848215150實施應(yīng)用情況高爐基礎(chǔ)混凝土施工中共留置混凝土試塊74組，其中28d試54塊組，3d、7d試塊各10組，強度統(tǒng)計見下?；炷?d、7d強度統(tǒng)計混凝土齡期組數(shù)平均強度（mpaa）達(dá)設(shè)計強度（%）3d1011.939.77d1024.273.6混凝土28d強度統(tǒng)計組數(shù)最小值（mpa）最大值（mpa）平均值（mpa）均方差達(dá)設(shè)計強度（%）5433.641.538.73.7129依據(jù)《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》GBJ107-1987，本次混凝土生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良。施工方案和混凝土裂縫控制措施施工方案確定:施工方案合理先進(jìn)是此次施工的一大特點,在施工前,我們對施工方案進(jìn)行了充分的論證,在方案中,打破了水工工程分層（間隔7-10天）和加冷卻水管的施工方法,采用了水平不分層、垂直不分縫、不加冷卻不管，充分利用混凝土的初凝時間進(jìn)行連續(xù)分層一次澆筑的施工方法，此方案我們請了國內(nèi)知名裂縫專家王鐵夢教授、中冶集團(tuán)建研總院新型建材研究院孫躍生副院長和中冶集團(tuán)建研總院檢測中心林松濤副主任對5500立高爐基礎(chǔ)混凝土施工進(jìn)行了論證和指導(dǎo)，對此施工方法給予了充分肯定和認(rèn)可。防止裂縫施工技術(shù)措施：混凝土中摻粉煤灰和高效減水劑，減少混凝土的用水量和水泥用量，采用大粒徑的骨料，并控制砂、石原材料的含泥量，從而減少混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮。多余水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的干縮。降低澆灌混凝土的坍落度，直接減少拌制混凝土的用水量，在現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測，從而防止混凝土因塌落度過大而產(chǎn)生收縮。保證原材料供應(yīng)能力不低于單位時間所需量的1.2倍，確?；炷恋某掷m(xù)不間斷澆筑，并且制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案；澆筑混凝土?xí)r，為防止前后澆筑的混凝土出現(xiàn)冷縫，施工采用“連續(xù)分層”方案，每層混凝土厚度不超過40cm，且前后層施工混凝土澆筑時間間隔不超過混凝土初凝時間；在振搗上層混凝土?xí)r，必須插入下層混凝土內(nèi)40mm左右，保證上下層混凝土的結(jié)合質(zhì)量；施工時采用4臺37m泵，四角站位，使混凝土泵車臂桿完全覆蓋基礎(chǔ)平面；每臺泵車配4臺混凝土罐車供應(yīng)混凝土，每臺泵配置8名混凝土工，采用“連續(xù)分層”方案，每層厚度不超過40cm。平均每17分鐘可以澆筑一罐混凝土，每小時澆筑123m3左右，混凝土7小時澆筑完400mm厚一層混凝土861m3，分14層澆筑，計劃85小時澆灌完成。在大體積混凝土澆筑過程中，由于混凝土表面泌水現(xiàn)象普遍存在，為保證混凝土的澆筑質(zhì)量，及時清除混凝土表面泌水；在混凝土澆筑前根據(jù)混凝土配合比和水化熱試驗結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場氣候條件，對大體積混凝土澆筑體內(nèi)部溫度場、收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測計算。并根據(jù)計算結(jié)果和相關(guān)規(guī)范要求確定施工監(jiān)控參數(shù)；混凝土的保溫保濕層設(shè)置：根據(jù)方案的計算現(xiàn)場保溫保濕層設(shè)置為：混凝土澆灌完畢，混凝土初凝壓面后立即在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜作為保濕層。側(cè)面木模板外加貼巖棉被保溫。斜面及頂面采用7層草袋子和兩層彩條布保溫和防雨、防風(fēng)?；炷两K凝后立即在保濕塑料薄膜上錯縫覆蓋四層草墊，四層草墊中間和草墊表面各加一層彩條布。我們采用7層草袋子和三層塑料薄膜進(jìn)行保溫保濕，從現(xiàn)場的效果來看，保溫保濕效果非常好的。在澆筑基礎(chǔ)混凝土?xí)r，采取二次振搗和二次摸壓措施，防止混凝土在澆筑過程中產(chǎn)生自沉和表面風(fēng)干裂縫?；炷镣旯ず?，加強養(yǎng)護(hù)，防止混凝土出現(xiàn)干縮裂縫。具體措施是：在澆灌混凝土的過程中，對于澆灌完畢的部位，在混凝土初凝前增加第二次振搗，從而有效的減少了混凝土在澆灌過程中由于混凝土自身沉實產(chǎn)生的收縮裂縫。在混凝土表面摸壓完成后，在混凝土終凝之前再進(jìn)行二次摸壓，從而減少混凝土出現(xiàn)的表面風(fēng)干裂縫。養(yǎng)護(hù)力度大小及時間長短根據(jù)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，高爐基礎(chǔ)拆模后及時回填，以保證高爐基礎(chǔ)大體積混凝土的質(zhì)量，避免高爐基礎(chǔ)混凝土長時間暴露而增大里外溫差?；炷恋臏y溫：由于大體積混凝土的約束情況和溫度應(yīng)力極其復(fù)雜，為了真實反映混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力及現(xiàn)場測溫的準(zhǔn)確性，我們采用了先進(jìn)的數(shù)泰智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行混凝土的應(yīng)力應(yīng)變和溫度的監(jiān)測工作，共布設(shè)102個測點，此次測點的布置和規(guī)范相比增加了一倍測點，增加了3套零應(yīng)力裝置，這在以往工程的監(jiān)測中是沒有的。為保證能夠?qū)ΜF(xiàn)場情況進(jìn)行實時監(jiān)控，從4月2日到4月15日采集頻率為10min一次；4月15日至最終結(jié)束，采集頻率為30min一次。本次測試總采集次數(shù)超過3300次，總有效數(shù)據(jù)量超過33萬個，該測試規(guī)模在國內(nèi)大體積混凝土施工中尚屬首次。此次數(shù)據(jù)的采集和實時監(jiān)控，從現(xiàn)場檢驗來看，基礎(chǔ)本體沒有發(fā)生任何有害裂縫。為冶金行業(yè)大體積混凝土規(guī)程的修訂提供了可靠的依據(jù)。此次測試