大体积混凝土基础施工裂缝控制技术

***京唐5500m31#高炉大体积混凝土基础施工裂缝控制技术总结***京唐1#5500m3高炉大体积混凝土基础施工裂缝控制技术总结工程简介：***京唐钢铁联合有限责任公司生产能力970万吨/年，产品定位为目前国内市场短缺、生产能力不足的高品质、高档次、高附加值的板材精品，是具有国际市场竞争力的现代化、高效、环保大型钢铁基地。京唐钢铁公司1#5500m3高炉基础是国内最大的混凝土高炉基础，长60m,宽35.7m，厚度8.5m，是我国首座超过5000m3的高炉，属于典型的大体积混凝土，冶金行业尚无先例。本工程具有混凝土浇筑方量大，一次浇筑量达11031m3，质量要求高（不能出现有害裂缝，防止海水侵蚀钢筋对高炉基础的耐久性产生不利影响），养护困难（施工区域紧邻海边，四分之三的天数刮风），和不加冷却水管一次性不间断连续浇筑完成等特点。施工过程中大体积混凝土水化热产生的内外温差，易使混凝土产生温差裂缝，若不采取有效的技术措施，必将由于混凝土收缩应力过大而造成混凝土出现裂缝，从而影响使用功能。对于如此规模、如此重要和如此高标准要求的特大型大体积混凝土基础，在国内有这方面施工经验的队伍也非常少。首建集团把这一课题列入2006年技术攻关项目，掌握这一施工技术，给我们大体积混凝土施工增添宝贵的施工经验，同时对我们基建队伍的发展有着重要意义。施工技术方案中需明确解决的技术课题***京唐5500m3高炉厂址位于唐山市南部的渤海海湾的曹妃甸岛。在厂址范围内全部为吹填成陆，地质松软，地下建（构）筑物受海水侵蚀，且高炉基础不是很深，采用什么样的降水是本工程的一个关键点，也是保证工程质量的一个前提。采用C30高性能混凝土，高性能混凝土应用在特大型高炉基础上在我国尚属首次，合理选用原材料、配置和优化满足要求的混凝土配合比是本次施工中解决的一个难点。打破水工工程施工方法，在此工程中采用水平不分层、垂直不分缝、不加冷却水管的施工方法进行实施和实践检验，为总结大体积混凝土施工工艺不提供依据。混凝土单体浇筑量较大，充分利用混凝土的初凝时间保证混凝土浇筑的连续性；混凝土浇筑的方法和机械的配备及人员的组织与安排是施工过程的一个重点。通过对混凝土的内部温度计算（绝对温升值、计算各龄期砼收缩变形值、砼的温度收缩应力、混凝土的保温覆盖厚度）来控制砼的内外温差和混凝土的降温速度。此次采用数泰智能采集系统对基础本体进行内外温度监测，从而防止混凝土因内外温差过大产生温差裂缝，同时及时发现养护过程中可能出现的异常情况，及时调整养护方案，以实时监测数据指导施工和养护，实现大体积混凝土数字化施工。混凝土内合理的配筋能够约束和抵消混凝土内部由于各种原因产生的拉应力，从而有效的控制混凝土的开裂。曹妃甸地区风大，在方案中明确防风措施，防止混凝土出现干缩、沉缩裂缝。针对技术方案中提出的课题所采取的技术措施由于此地区为吹填区域，地下水和海水相连，采用井点降水、干底作业施工，以保证高炉基础施工质量。土方开挖情况土方采用分层开挖方法，从现场开挖的情况来看，第一层开挖1m左右水就越渗越多，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，基坑内没有明水，加快了土方挖土速度，同时也保证了高炉基础干底施工的要求。从土方放坡角度来看，降水后的土质比较坚固，可把原方案1：1的放坡减少到1：0.5,减少挖方量。C30高性能混凝土的研究与应用高性能混凝土技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。根据设计要求（C30防腐阻锈混凝土、氯离子扩散系数DNEL＜2×10－12m2/s（28天龄期），混凝土含气量4%～6%，抗冻性耐久性指数DF≥60%～70%，混凝土的总碱量不超过3kg/m3，混凝土胶结材料用量≥340kg/m3，最大水胶比0.4）和施工要求(混凝土采用分层浇注法，基础底板混凝土共分14层，每层400mm厚,每层混凝土量约857m3，每层混凝土浇注时间为7小时，每小时混凝土供应量为123m3。按此方案计算，要求混凝土初凝时间不早于8小时，混凝土终凝时间不晚于13小时),我们试验室经历近一年的试验，对高性能砼所需用的原材料进行检验和混凝土配合比的试配及优化工作，进行了40多次试验，成型试件300多组，最终确定了原材料和优化后的配合比：选用的主要原材料性能指标名称性能指标冀东普硅水泥初凝时间3h000m，终凝时时间3h57m；3d抗压强度31.2MMpa，28d抗压强度61.1MMpa；3d抗折强度5.9Mppa，28d抗折强度8.9Mppa；碱含量0.677%。3天水化热251KJJ/Kg，7天水化热282KKJ/Kg。NST阻锈防腐剂剂含固量：32%；；减水率：23%；含气量4.5%%；抗压强度比比：3d1145%；7d1440%；28d130%；相对抗腐腐蚀系数：117%；绝对抗腐腐蚀系数：113%；碱含量：2.5%陡河电厂Ⅱ级粉煤灰细度：14.4%%；需水量比：105%；烧失量：2.03%；三氧化硫硫含量：0.41%%；碱含量0.500%石子粒径：5mm～331.5mmm；含泥量：0.2%；针片状颗颗粒含量：3.2%；压碎指标标：6%砂子细度模数：2.66；含泥量：1.4%；泥块含量量：0.2%；唐山银龙S95级级磨细矿渣粉粉比表面积：4333m2/kg；活性指数数：7天96%，28天111%；流动比：98.5%；碱含量：0.43%。优化后的混凝土配合比C30防腐、阻锈、高性能优化混凝土配合比材料名称水泥砂石矿粉粉煤灰外加剂水每方用量20882410491046215150优化配合比试验结果混凝土的和易性良好，混凝土坍落度为180mm、扩展度为520mm，无泌水现象，混凝土初凝时间为9h40mm，终凝时间为12h20mm，混凝土含气量为5.2%，容重为2398kg/m3,最大水胶比0.4。考虑到高炉基础为大体积混凝土，为降低混凝土的水化热、推迟、降低温升峰值，结合有关专家的建议，将最终混凝土配合比确定见下表。C30防腐、阻锈、高性能混凝土调整配合比材料名称水泥砂石矿粉粉煤灰外加剂水每方用量2088241049848215150实施应用情况高炉基础混凝土施工中共留置混凝土试块74组，其中28d试54块组，3d、7d试块各10组，强度统计见下。混凝土3d、7d强度统计混凝土龄期组数平均强度（mpaa）达设计强度（%）3d1011.939.77d1024.273.6混凝土28d强度统计组数最小值（mpa）最大值（mpa）平均值（mpa）均方差达设计强度（%）5433.641.538.73.7129依据《混凝土强度检验评定标准》GBJ107-1987，本次混凝土生产质量优良。施工方案和混凝土裂缝控制措施施工方案确定:施工方案合理先进是此次施工的一大特点,在施工前,我们对施工方案进行了充分的论证,在方案中,打破了水工工程分层（间隔7-10天）和加冷却水管的施工方法,采用了水平不分层、垂直不分缝、不加冷却不管，充分利用混凝土的初凝时间进行连续分层一次浇筑的施工方法，此方案我们请了国内知名裂缝专家王铁梦教授、中冶集团建研总院新型建材研究院孙跃生副院长和中冶集团建研总院检测中心林松涛副主任对5500立高炉基础混凝土施工进行了论证和指导，对此施工方法给予了充分肯定和认可。防止裂缝施工技术措施：混凝土中掺粉煤灰和高效减水剂，减少混凝土的用水量和水泥用量，采用大粒径的骨料，并控制砂、石原材料的含泥量，从而减少混凝土在硬化过程中产生的收缩。多余水分蒸发而产生的干缩。降低浇灌混凝土的坍落度，直接减少拌制混凝土的用水量，在现场进行监测，从而防止混凝土因塌落度过大而产生收缩。保证原材料供应能力不低于单位时间所需量的1.2倍，确保混凝土的持续不间断浇筑，并且制定相应的应急预案；浇筑混凝土时，为防止前后浇筑的混凝土出现冷缝，施工采用“连续分层”方案，每层混凝土厚度不超过40cm，且前后层施工混凝土浇筑时间间隔不超过混凝土初凝时间；在振捣上层混凝土时，必须插入下层混凝土内40mm左右，保证上下层混凝土的结合质量；施工时采用4台37m泵，四角站位，使混凝土泵车臂杆完全覆盖基础平面；每台泵车配4台混凝土罐车供应混凝土，每台泵配置8名混凝土工，采用“连续分层”方案，每层厚度不超过40cm。平均每17分钟可以浇筑一罐混凝土，每小时浇筑123m3左右，混凝土7小时浇筑完400mm厚一层混凝土861m3，分14层浇筑，计划85小时浇灌完成。在大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土表面泌水现象普遍存在，为保证混凝土的浇筑质量，及时清除混凝土表面泌水；在混凝土浇筑前根据混凝土配合比和水化热试验结果，结合现场气候条件，对大体积混凝土浇筑体内部温度场、收缩应力和温度应力进行预测计算。并根据计算结果和相关规范要求确定施工监控参数；混凝土的保温保湿层设置：根据方案的计算现场保温保湿层设置为：混凝土浇灌完毕，混凝土初凝压面后立即在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜作为保湿层。侧面木模板外加贴岩棉被保温。斜面及顶面采用7层草袋子和两层彩条布保温和防雨、防风。混凝土终凝后立即在保湿塑料薄膜上错缝覆盖四层草垫，四层草垫中间和草垫表面各加一层彩条布。我们采用7层草袋子和三层塑料薄膜进行保温保湿，从现场的效果来看，保温保湿效果非常好的。在浇筑基础混凝土时，采取二次振捣和二次摸压措施，防止混凝土在浇筑过程中产生自沉和表面风干裂缝。混凝土完工后，加强养护，防止混凝土出现干缩裂缝。具体措施是：在浇灌混凝土的过程中，对于浇灌完毕的部位，在混凝土初凝前增加第二次振捣，从而有效的减少了混凝土在浇灌过程中由于混凝土自身沉实产生的收缩裂缝。在混凝土表面摸压完成后，在混凝土终凝之前再进行二次摸压，从而减少混凝土出现的表面风干裂缝。养护力度大小及时间长短根据实时监控数据进行调整，高炉基础拆模后及时回填，以保证高炉基础大体积混凝土的质量，避免高炉基础混凝土长时间暴露而增大里外温差。混凝土的测温：由于大体积混凝土的约束情况和温度应力极其复杂，为了真实反映混凝土内部的温度应力及现场测温的准确性，我们采用了先进的数泰智能数据采集系统进行混凝土的应力应变和温度的监测工作，共布设102个测点，此次测点的布置和规范相比增加了一倍测点，增加了3套零应力装置，这在以往工程的监测中是没有的。为保证能够对现场情况进行实时监控，从4月2日到4月15日采集频率为10min一次；4月15日至最终结束，采集频率为30min一次。本次测试总采集次数超过3300次，总有效数据量超过33万个，该测试规模在国内大体积混凝土施工中尚属首次。此次数据的采集和实时监控，从现场检验来看，基础本体没有发生任何有害裂缝。为冶金行业大体积混凝土规程的修订提供了可靠的依据。此次测试