1 工程概況
馬鋼2號2500m3大高爐工程中的高爐本體基礎(chǔ)、熱風爐基礎(chǔ)均屬大體積混凝土施工。高爐本體基礎(chǔ)采用大直徑挖孔擴底灌注樁和整板式鋼筋砼承臺的結(jié)構(gòu)形式。承臺底部共有39根樁，承臺底板尺寸為：25m*27.6m×2.5m（厚），底板下設(shè)0.5m厚礦渣墊層，底板上為5.47m高直徑17m鋼筋混凝土圓柱體，混凝土量約 3300m3。熱風爐基礎(chǔ)為30m*53m*3.5m（厚）的整板式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，混凝土量約5600 m3。大體積混凝土施工時間為2002年1月11日至2002年2月1日。
2 大體積混凝土裂縫成因分析
大體積混凝土施工易產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生裂縫有多方面原因，如約束情況，周圍環(huán)境濕度，混凝土的均勻性，分段是否妥當，結(jié)構(gòu)形式等，都可能引起大體積混凝土的裂縫。就本工程的大體積混凝土而言，由于其截面尺寸較大，所以外荷載或次應力引起的裂縫可能性很小。但正由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥水化時所釋放的熱量就會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此造成的溫度梯度收縮應力是導致大體積砼產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫分為兩類：一、表面裂縫，大體積混凝土由于其內(nèi)部與表面散熱速率不一樣，在其表面形成溫度梯度，從而表面產(chǎn)生拉應力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應力。而此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，溫差產(chǎn)生的表面拉應力，超過此時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。此種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第3～4天里。二、貫穿裂縫，混凝土澆數(shù)天后，水化熱基本已釋放，就開始進入降溫階段，由于逐漸降溫而產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，也會產(chǎn)生很大的拉應力，當此拉應力超過砼此時的抗拉強度，砼整個截面就可能產(chǎn)生貫穿裂縫，這種收縮裂縫才是危害的裂縫。
3 大體積混凝土施工控制措施
從控制裂縫的觀點看，表面裂縫危害小，但也會影響結(jié)構(gòu)使用或外觀；而貫穿裂縫則要影響結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和防水性，可能導致結(jié)構(gòu)不能正常使用。為了防止溫度裂縫的出現(xiàn)或把溫度裂縫控制在某個界限內(nèi)，就必須進行溫度控制。根據(jù)以往施工經(jīng)驗和大體積砼的熱工計算，為了防止出現(xiàn)有害裂縫，我們在馬鋼2#2500m3高爐、熱風爐基礎(chǔ)施工中采用以下措施：①采用低熱水泥——礦渣水泥，降低水化溫升，強度富余大；②優(yōu)化配合比設(shè)計，在砼摻入一定比例的粉煤灰、高效緩凝減水劑和膨脹劑，以減少水泥用量，降低水化熱，并利用混凝土的60天強度；③砼表面采取蒸氣保溫養(yǎng)護，縮小砼內(nèi)外溫差。④控制砼的入模溫度，進行斜面薄層連續(xù)澆筑；⑤ 電子測溫
3.1 合理選擇原材料
石子選用5～31.5mm粒徑碎石，連續(xù)級配,含泥量不超過1%；中砂（細度模數(shù)2.5）含泥量不超過2%；桃沖水泥廠寨峰牌散裝32.5號礦渣水泥；高效緩凝減水劑： 1%（占水泥重）；膨脹劑JM-Ⅲ：8～10%； Ⅱ級粉煤灰10～15%（占水泥重），原材料均須抽樣試驗。
3.2 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計
為減少水泥用量,降低水化熱,減少混凝土收縮,延緩混凝土初凝時間,改善和易性,混凝土配制采用三摻技術(shù)（即混凝土中摻加粉煤灰、減水劑、膨脹劑）減水劑針對該工程的施工特點和正處于冬季的情況,實驗室經(jīng)過多次試配，最后選用的配合比為：水:水泥:中砂:石子:粉煤灰:減水劑:膨脹劑=178:275:770:1120:40:3:26。
3.3 大體積混凝土保溫養(yǎng)護措施
3.3.1 大體積混凝土的熱工計算
1）混凝土內(nèi)部絕熱升溫值：Th=WQ/Cγ，本工程中采用32.5礦渣水泥，C20混凝土。故Th=43.6℃
2）、混凝土中心溫度：TMAX=Tj+Th*ξ
Tj=10℃（入模溫度），ξ散熱系數(shù)取0.8。TMAX=44.9℃。
3）、混凝土表面溫度：Tb=Tq+4h（H-h）△T/H2
Tq為環(huán)境溫度取5℃，△T= TMAX-Tq=39.9℃，H =2.57m，h=0.07m。故Tb=9.2℃。
4）、混凝土內(nèi)表溫差：△Tc= TMAX-Tb=44.9-9.2=35.7℃＞25℃
顯然混凝土內(nèi)表溫差超過規(guī)定要求值，若不采取措施，將必然會產(chǎn)生表面裂縫。
3.3.2 混凝土表面保溫養(yǎng)護措施
混凝土澆注完畢，開始三天采用兩層草袋和一層塑料薄膜進行覆蓋養(yǎng)護，并適當?shù)貫⑿┧诓荽?以始終保持混凝土表面濕潤為宜，塑料薄膜在頂層可以防止水分蒸發(fā)和熱量散失。在混凝土澆注后第三天，通過測溫發(fā)現(xiàn)混凝土開始降溫時，采用蒸氣保溫養(yǎng)護，現(xiàn)場有現(xiàn)成的蒸氣，只需用橡膠管將蒸氣引入養(yǎng)護薄膜內(nèi)，根據(jù)上述混凝土的熱工計算和采用電子測溫儀（JDC-2）進行預埋測溫來控制通氣時間和通氣量，混凝土表面溫度一般保持在20 ℃左右，則混凝土內(nèi)表溫差為25℃左右，滿足溫差控制要求。通過混凝土溫度收縮應力計算，溫差控制在25℃以下，一般來說，溫度應力＜fce/1.15，不會出現(xiàn)溫度裂縫。并且通過蒸氣保溫養(yǎng)護可以提高混凝土早期強度,增強結(jié)構(gòu)對混凝土收縮的抵抗,有效防止收縮裂縫的出現(xiàn)。
3.4 采用合理的澆筑工藝：
本工程中混凝土采用水平循環(huán)、斜面分層澆注，每層厚度為30～40cm，上下層間隔時間不得超過初凝時間6小時，分層澆注增加散熱面，加快熱量釋放，使?jié)沧⒑蟮幕炷翜囟确植急容^均勻，并可避免形成施工冷縫?？刂坪没炷恋奶涠群腿肽囟龋⒓訌娀炷恋恼駬v，確保混凝土的連續(xù)澆注。
3.5 大體積混凝土測溫
在熱風爐基礎(chǔ)表面上布置8個測溫點、高爐本體基礎(chǔ)上布置5個測溫點，分別監(jiān)測中間、表面-0.10m位置處的溫度；隨時了解混凝土的內(nèi)部和表面溫度。測溫點采取將熱電阻導線預埋的方式設(shè)置，混凝土澆注12h后開始測溫，測溫次數(shù)應先頻后疏，開始3天內(nèi)每4h一次，溫度達到峰值后每8h一次，7天以后每天一次，一直持續(xù)2周。測溫時間從2002年2月2日開始到2月19日結(jié)束，該期間環(huán)境溫度-5℃～10℃，混凝土入模溫度5℃左右，混凝土內(nèi)部溫度為46.5℃,溫升41.5℃，第3天達到峰值，維持1-2天后，開始緩慢降溫。如下圖所示：
4 大體積混凝土施工工藝
混凝土采用商品混凝土，由馬鋼建設(shè)公司砼分公司組織供應，混凝土攪拌一站、二站分別從南北方向供料，保證混凝土供應量為60m3/h?，F(xiàn)場布置四臺混凝土泵車，分別沿基礎(chǔ)長邊兩側(cè)?？浚颗_泵車負責包括一個角在內(nèi)四分之一區(qū)域的混凝土布料下料，10臺混凝土罐車運輸，24小時連續(xù)作業(yè)。
施工順序：從兩端向中間，先深后淺，每斜面均由混凝土自然流淌形成，然后沿長邊按斜面逐層向前推進，自下而上直至基礎(chǔ)頂面，層與層之間的間隔不得超過6h。每臺泵車配4臺插入式振動器，沿長邊每6米布置一個，先振搗卸料口，以使混凝土形成自然流淌，然后全面振搗，以混凝土開始泛漿和不冒泡氣為準，在澆注完畢后，及時排除泌水，必要時尚須進行二次振搗，二次抹面，以防止混凝土出現(xiàn)表面裂縫。
由于砼澆筑是連續(xù)進行的，熱風爐基礎(chǔ)澆筑了72個小時,高爐基礎(chǔ)澆筑了34小時。在澆筑砼時，應采取預防天氣變化措施。若遇下雨雪時應鋪上塑料薄膜，砼應摻抗凍劑，并適當調(diào)整混凝土的用水量和原材料的溫度。
5 施工體會
大體積砼施工是一個系統(tǒng)工程，不僅要有技術(shù)措施，而且還要有組織措施和管理措施，為保證施工處于受控狀態(tài)，澆筑時應建立由施工、監(jiān)理、甲方等多方共同組成的現(xiàn)場質(zhì)量保證體系機構(gòu)，對保證混凝土的澆筑質(zhì)量和連續(xù)施工有很好的作用；后期的監(jiān)測、養(yǎng)護最為關(guān)鍵，一定要在時間、人員、材料、設(shè)備予以保證。本工程現(xiàn)已竣工投產(chǎn)，除表面有一些細微裂縫外，未出現(xiàn)任何貫穿性的影響結(jié)構(gòu)的裂縫。
摻加較高比例的粉煤灰以及加入一定比例的減水劑、抗裂增強型膨脹劑是十分必要的，不僅提高混凝土的性能，而且使大面積底板混凝土的連續(xù)施工成功，保證了施工質(zhì)量。
混凝土的保溫保濕養(yǎng)護不得少于14天，混凝土強度的增長與環(huán)境的溫濕度有密切關(guān)系，膨脹劑也必須在潮濕的條件下才能補償混凝土的收縮，所以大體積混凝土保溫保濕養(yǎng)護時間越長越好，但一般考慮工期要求，也不應少于14天。
對于超長結(jié)構(gòu)的大體積混凝土施工，且設(shè)計或工藝要求“混凝土一次整澆，不留置后澆帶”，可以在表面適當?shù)嘏渲靡恍┘氫摻罹W(wǎng)片。
馬鋼2號2500m3大高爐工程中的高爐本體基礎(chǔ)、熱風爐基礎(chǔ)均屬大體積混凝土施工。高爐本體基礎(chǔ)采用大直徑挖孔擴底灌注樁和整板式鋼筋砼承臺的結(jié)構(gòu)形式。承臺底部共有39根樁，承臺底板尺寸為：25m*27.6m×2.5m（厚），底板下設(shè)0.5m厚礦渣墊層，底板上為5.47m高直徑17m鋼筋混凝土圓柱體，混凝土量約 3300m3。熱風爐基礎(chǔ)為30m*53m*3.5m（厚）的整板式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，混凝土量約5600 m3。大體積混凝土施工時間為2002年1月11日至2002年2月1日。
2 大體積混凝土裂縫成因分析
大體積混凝土施工易產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生裂縫有多方面原因，如約束情況，周圍環(huán)境濕度，混凝土的均勻性，分段是否妥當，結(jié)構(gòu)形式等，都可能引起大體積混凝土的裂縫。就本工程的大體積混凝土而言，由于其截面尺寸較大，所以外荷載或次應力引起的裂縫可能性很小。但正由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥水化時所釋放的熱量就會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此造成的溫度梯度收縮應力是導致大體積砼產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫分為兩類：一、表面裂縫，大體積混凝土由于其內(nèi)部與表面散熱速率不一樣，在其表面形成溫度梯度，從而表面產(chǎn)生拉應力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應力。而此時混凝土的齡期很短，抗拉強度很低，溫差產(chǎn)生的表面拉應力，超過此時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。此種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土澆筑后的第3～4天里。二、貫穿裂縫，混凝土澆數(shù)天后，水化熱基本已釋放，就開始進入降溫階段，由于逐漸降溫而產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，也會產(chǎn)生很大的拉應力，當此拉應力超過砼此時的抗拉強度，砼整個截面就可能產(chǎn)生貫穿裂縫，這種收縮裂縫才是危害的裂縫。
3 大體積混凝土施工控制措施
從控制裂縫的觀點看，表面裂縫危害小，但也會影響結(jié)構(gòu)使用或外觀；而貫穿裂縫則要影響結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性和防水性，可能導致結(jié)構(gòu)不能正常使用。為了防止溫度裂縫的出現(xiàn)或把溫度裂縫控制在某個界限內(nèi)，就必須進行溫度控制。根據(jù)以往施工經(jīng)驗和大體積砼的熱工計算，為了防止出現(xiàn)有害裂縫，我們在馬鋼2#2500m3高爐、熱風爐基礎(chǔ)施工中采用以下措施：①采用低熱水泥——礦渣水泥，降低水化溫升，強度富余大；②優(yōu)化配合比設(shè)計，在砼摻入一定比例的粉煤灰、高效緩凝減水劑和膨脹劑，以減少水泥用量，降低水化熱，并利用混凝土的60天強度；③砼表面采取蒸氣保溫養(yǎng)護，縮小砼內(nèi)外溫差。④控制砼的入模溫度，進行斜面薄層連續(xù)澆筑；⑤ 電子測溫
3.1 合理選擇原材料
石子選用5～31.5mm粒徑碎石，連續(xù)級配,含泥量不超過1%；中砂（細度模數(shù)2.5）含泥量不超過2%；桃沖水泥廠寨峰牌散裝32.5號礦渣水泥；高效緩凝減水劑： 1%（占水泥重）；膨脹劑JM-Ⅲ：8～10%； Ⅱ級粉煤灰10～15%（占水泥重），原材料均須抽樣試驗。
3.2 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計
為減少水泥用量,降低水化熱,減少混凝土收縮,延緩混凝土初凝時間,改善和易性,混凝土配制采用三摻技術(shù)（即混凝土中摻加粉煤灰、減水劑、膨脹劑）減水劑針對該工程的施工特點和正處于冬季的情況,實驗室經(jīng)過多次試配，最后選用的配合比為：水:水泥:中砂:石子:粉煤灰:減水劑:膨脹劑=178:275:770:1120:40:3:26。
3.3 大體積混凝土保溫養(yǎng)護措施
3.3.1 大體積混凝土的熱工計算
1）混凝土內(nèi)部絕熱升溫值：Th=WQ/Cγ，本工程中采用32.5礦渣水泥，C20混凝土。故Th=43.6℃
2）、混凝土中心溫度：TMAX=Tj+Th*ξ
Tj=10℃（入模溫度），ξ散熱系數(shù)取0.8。TMAX=44.9℃。
3）、混凝土表面溫度：Tb=Tq+4h（H-h）△T/H2
Tq為環(huán)境溫度取5℃，△T= TMAX-Tq=39.9℃，H =2.57m，h=0.07m。故Tb=9.2℃。
4）、混凝土內(nèi)表溫差：△Tc= TMAX-Tb=44.9-9.2=35.7℃＞25℃
顯然混凝土內(nèi)表溫差超過規(guī)定要求值，若不采取措施，將必然會產(chǎn)生表面裂縫。
3.3.2 混凝土表面保溫養(yǎng)護措施
混凝土澆注完畢，開始三天采用兩層草袋和一層塑料薄膜進行覆蓋養(yǎng)護，并適當?shù)貫⑿┧诓荽?以始終保持混凝土表面濕潤為宜，塑料薄膜在頂層可以防止水分蒸發(fā)和熱量散失。在混凝土澆注后第三天，通過測溫發(fā)現(xiàn)混凝土開始降溫時，采用蒸氣保溫養(yǎng)護，現(xiàn)場有現(xiàn)成的蒸氣，只需用橡膠管將蒸氣引入養(yǎng)護薄膜內(nèi)，根據(jù)上述混凝土的熱工計算和采用電子測溫儀（JDC-2）進行預埋測溫來控制通氣時間和通氣量，混凝土表面溫度一般保持在20 ℃左右，則混凝土內(nèi)表溫差為25℃左右，滿足溫差控制要求。通過混凝土溫度收縮應力計算，溫差控制在25℃以下，一般來說，溫度應力＜fce/1.15，不會出現(xiàn)溫度裂縫。并且通過蒸氣保溫養(yǎng)護可以提高混凝土早期強度,增強結(jié)構(gòu)對混凝土收縮的抵抗,有效防止收縮裂縫的出現(xiàn)。
3.4 采用合理的澆筑工藝：
本工程中混凝土采用水平循環(huán)、斜面分層澆注，每層厚度為30～40cm，上下層間隔時間不得超過初凝時間6小時，分層澆注增加散熱面，加快熱量釋放，使?jié)沧⒑蟮幕炷翜囟确植急容^均勻，并可避免形成施工冷縫?？刂坪没炷恋奶涠群腿肽囟龋⒓訌娀炷恋恼駬v，確保混凝土的連續(xù)澆注。
3.5 大體積混凝土測溫
在熱風爐基礎(chǔ)表面上布置8個測溫點、高爐本體基礎(chǔ)上布置5個測溫點，分別監(jiān)測中間、表面-0.10m位置處的溫度；隨時了解混凝土的內(nèi)部和表面溫度。測溫點采取將熱電阻導線預埋的方式設(shè)置，混凝土澆注12h后開始測溫，測溫次數(shù)應先頻后疏，開始3天內(nèi)每4h一次，溫度達到峰值后每8h一次，7天以后每天一次，一直持續(xù)2周。測溫時間從2002年2月2日開始到2月19日結(jié)束，該期間環(huán)境溫度-5℃～10℃，混凝土入模溫度5℃左右，混凝土內(nèi)部溫度為46.5℃,溫升41.5℃，第3天達到峰值，維持1-2天后，開始緩慢降溫。如下圖所示：
4 大體積混凝土施工工藝
混凝土采用商品混凝土，由馬鋼建設(shè)公司砼分公司組織供應，混凝土攪拌一站、二站分別從南北方向供料，保證混凝土供應量為60m3/h?，F(xiàn)場布置四臺混凝土泵車，分別沿基礎(chǔ)長邊兩側(cè)?？浚颗_泵車負責包括一個角在內(nèi)四分之一區(qū)域的混凝土布料下料，10臺混凝土罐車運輸，24小時連續(xù)作業(yè)。
施工順序：從兩端向中間，先深后淺，每斜面均由混凝土自然流淌形成，然后沿長邊按斜面逐層向前推進，自下而上直至基礎(chǔ)頂面，層與層之間的間隔不得超過6h。每臺泵車配4臺插入式振動器，沿長邊每6米布置一個，先振搗卸料口，以使混凝土形成自然流淌，然后全面振搗，以混凝土開始泛漿和不冒泡氣為準，在澆注完畢后，及時排除泌水，必要時尚須進行二次振搗，二次抹面，以防止混凝土出現(xiàn)表面裂縫。
由于砼澆筑是連續(xù)進行的，熱風爐基礎(chǔ)澆筑了72個小時,高爐基礎(chǔ)澆筑了34小時。在澆筑砼時，應采取預防天氣變化措施。若遇下雨雪時應鋪上塑料薄膜，砼應摻抗凍劑，并適當調(diào)整混凝土的用水量和原材料的溫度。
5 施工體會
大體積砼施工是一個系統(tǒng)工程，不僅要有技術(shù)措施，而且還要有組織措施和管理措施，為保證施工處于受控狀態(tài)，澆筑時應建立由施工、監(jiān)理、甲方等多方共同組成的現(xiàn)場質(zhì)量保證體系機構(gòu)，對保證混凝土的澆筑質(zhì)量和連續(xù)施工有很好的作用；后期的監(jiān)測、養(yǎng)護最為關(guān)鍵，一定要在時間、人員、材料、設(shè)備予以保證。本工程現(xiàn)已竣工投產(chǎn)，除表面有一些細微裂縫外，未出現(xiàn)任何貫穿性的影響結(jié)構(gòu)的裂縫。
摻加較高比例的粉煤灰以及加入一定比例的減水劑、抗裂增強型膨脹劑是十分必要的，不僅提高混凝土的性能，而且使大面積底板混凝土的連續(xù)施工成功，保證了施工質(zhì)量。
混凝土的保溫保濕養(yǎng)護不得少于14天，混凝土強度的增長與環(huán)境的溫濕度有密切關(guān)系，膨脹劑也必須在潮濕的條件下才能補償混凝土的收縮，所以大體積混凝土保溫保濕養(yǎng)護時間越長越好，但一般考慮工期要求，也不應少于14天。
對于超長結(jié)構(gòu)的大體積混凝土施工，且設(shè)計或工藝要求“混凝土一次整澆，不留置后澆帶”，可以在表面適當?shù)嘏渲靡恍┘氫摻罹W(wǎng)片。