大体积混凝土基础施工及裂缝控制
2022-06-09
摘要：遵义氧化铝水源工程，取水泵站主筒体基础大体积混凝土施工中，采用水平换热水管降温法，并辅以蓄水养护，缩小混凝土内外综合温差，避免因温差而产生应力导致混凝土出现裂缝。
关键词：水平换热管；降温；大体积混凝土
一、工程概况
遵义氧化铝水源工程：取水站系统工程位于乌江大桥西边，乌江南侧。取水泵站筒体总建筑高度69.2米，基础为直径28.4米的圆形，厚度3.5m的底板，混凝土强度等级C45，防水等级P8，混凝土量为3200m3，基础大体积混凝土的施工是整个工程施工的关键。
二、大体积混凝土施工的技术关键
原设计将整个基础分为8块浇捣，这样减少温度收缩应力和控制裂缝，但对结构的整体性、抗渗性、抗震性是不利的。为此我们采用一次连续浇灌完成，作为一个重大课题进行了研究和探索。
三、C45大体积混凝土施工的裂缝控制技术措施
1.C45大体积混凝土的配制
⑴水泥：该地区4月份的室外平均气温在25℃左右，经过调查该地区没有生产水化热较低的矿渣水泥厂家。我们一方面参照水泥厂水泥强度的历史资料，充分利用水泥的富余活性，尽量较少水泥用量，降低水化热，另外采取在混凝土中预埋水平换热水管，控制混凝土内外温差，防止混凝土因温差大而产生裂缝。
⑵骨料：粒径为5～40mm，碎石和细度模数大于2.50的中砂。骨料的含泥量，石子控制在1%以下，砂控制在2%以下。
⑶掺合料：采用双惨技术，混凝土中惨入磨细粉煤灰和EA-2型外加剂。
⑷混凝土配合比：经试验每立方米混凝土用水泥420kg、水190kg、砂62kg、石子1050kg、粉煤灰70kg、EA-2型外加剂3.36kg.
2.混凝土表面收缩裂缝的控制
混凝土在浇筑中易发生骨料下沉，因此除了控制混凝土的塌落度外，在承台表面放置钢筋网片，以控制表面收缩裂缝。
3.混凝土外蓄内降综合养护措施
基础混凝土厚度大，内部散热较困难，混凝土表面采用两层塑料薄膜、两层草垫保温措施外，在混凝土内部排放冷却水管，通循环冷却水，以加快内部的散热速度。
冷却水管的布置分南北和东西向。冷却水管竖向在混凝土浇捣之前预埋在基础内部，冷却水流向可正反循环。施工现场设置循环调温水箱，通过阀门调节冷热水比例，控制进水温度及流量。冷却水管的正循环与反循环时间由现场测温决定。
4.基础底板混凝土浇筑的裂缝控制计算
制作了4m×4m×4m、C50大型混凝土试块，在次试块中预埋冷却水管和温度传感器。通过基础大体积混凝土抗裂理论计算表明，降温和收缩产生的最大温度应力бmax=0.4192MPa，混凝土设计强度等级强度Rf=2.6 MPa，K=Rf/бmax=6.20>1.15满足抗裂条件。
四、C45大体积混凝土基础施工
安置5台混凝土泵（其中1台为备泵），配备了10辆搅拌车以确保混凝土供应的连续性。混凝土由南向北大斜面分层下料，每层为30cm左右，每层覆盖时间控制在3h内。每台泵供应混凝土浇筑带范围不少于6台振动棒进行振捣。浇筑速度每台泵平均每小时不少于24m3。4台泵每小时总供应量不少于96m3。确保了混凝土在斜面处不出现冷锋。
五、基础承台C45大体积泵送混凝土性能
1.混凝土的可泵性及可操作性
采用525号水泥与EA-2普通缓凝型减水剂配制的C45大体积混凝土具有较好的流动度，混凝土的入泵塌落度在100～140mm，混凝土的初凝时间为3h，终凝是为7h。
2.混凝土的抗压强度评定
对在搅拌站和施工现场所取的225组R56的C45混凝土试块，按《混凝土强度检验评定标准》进行混凝土强度评定全部合格。
六、大体积混凝土在养护过程中的温度变化规律
测温设备采用“大体积混凝土温度微机自动测试仪”温度传感器预先埋设在测点位置上。混凝土测温仪自混凝土浇捣开始时即运转，连续测温近2个月。底板混凝土中的循环冷却水于浇注通水开始，于50天后通水结束。覆盖在混凝土表面的保温层于全部揭除。混凝土测温情况显示：混凝土入模温度为27～36℃，泥土最高温度为97.5℃，混凝土最高温度升值为68.6℃，混凝土升温时间为32～54h。本工程的大体积混凝土测温情况，有以下特点。
大体积混凝土浇捣结束后，在基础的中心部位将形成一高温区，升温时间为60～70h，高温持续时间较长，均在30～40h。而取水泵站基础混凝土的升温期在2昼夜，这主要是由于混凝土的入模温度较高，加快了水泥水化的进行，故早期水化热积聚上升，造成混凝土的升温速度加快；而升至最高温后未形成一较长的高温持续时间，是由于基础内部设置了冷却水管，，通过预埋水平管将压力为0.6Mpa、水温为20℃的自然水抽入进水口，水在循环中带走混凝土的热量，流出的热水约55℃，有效地带走了混凝土的内部热量，内外温差均控制在25℃，未发现有害裂缝和表面裂缝。
七、循环冷却水冷却效果分析
经计算，20d的冷却水带走混凝土的累计热量为2.12×108kcal，由此使混凝土平均累计降温27℃。
八、混凝土的抗裂计算
施工前计算得出降温时混凝土的累计拉应力为0.4192MPa，安全度K=6.20.施工中实测温度及降温数据均已得出，因此按实际情况对抗裂作理论验算。
据详细测温情况，进行分段计算。由于混凝土最高温度在2d开始，每段间隔时间为3d，即2～5d、5～8d、8～11d，一次类推。混凝土设计强度等级R56为C45，根据混凝土强度统计，28d强度等级达到C45，因此计算中弹性模量EO取值为3.35×104MPa，混凝土抗拉强度Rf取值为2.6MPa。最大拉应力在基础中间，考虑到松弛和菲弹性等因素。
=-а/（1-μ）∑
根据以上计算公式，计算结果列表如下：
бmax =∑бi=0.4447Mpa，抗裂安全度K= Rf/бmax=2.6/0.4447
=5.85>1.15
计算表明施工中的降温和收缩不会引起混凝土的裂缝
九、结束语
大体积混凝土采用一次连续浇捣的施工方法时，充分利用混凝土的中后期强度，选用中低热水泥，以降低水泥水化产生的热量。粗细骨料良好级配能改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度。采用双掺技术，一方面代替部分水泥，降低水化热，另一方面改善混凝土的和易性。混凝土内部预埋冷却水管，内外温差值控制在25℃。在采取一系列切实有效的技术措施后，不会产生结构有害裂缝。