华新水泥总裁李叶青：到2030年公司单位产品产值的碳排放量将比2005年下降70%以上
6月13日至14日，全球水泥和混凝土协会 (GCCA)领导人峰会在瑞士苏黎世召开，华新水泥总裁李叶青及140多名来自豪瑞（Holcim）、海德堡（Heidelberg）、西麦斯（Cemax）等全球水泥企业负责人，地区水泥协会的代表参加了会议。
浅谈防辐射大体积混凝土施工
2007/10/25 00:00
来源：《沿海企业与科技》NO.08,2007
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[摘要] 模板支架与大体积混凝土的施工是目前施工中经常遇到的问题。脚手架的工程事故时有发生,其原因主要在于设计不合理、构造措施不得力、不按规范施工等。工程施工前设计了详细可靠的支模方案,施工中严格按设计方案施工,实践证明方案是安全可行的。大体积混凝土施工中的温控也是一项较复杂的课题,理论与实践经常存在一定的偏差。工程制定了科学的温度监控方案,施工中通过混凝土容重控制,根据监控信息及时调整施工方案,从而确保工程的顺利进行,做到了信息化施工。
[关键词]防辐射;SEd大体积混凝土;混凝土容重;裂缝控制
[中图分类号 ]TU375.6 [文献标识码] A
一、 前言
南平太阳电缆辐照车间其核心部分为一台电子加速器,通过电子加速器引出电子对电线电缆进行辐照,使线缆绝缘材料内一些具有活性基因的分子成为自由基因后发生化学变化，从而达到水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降,,提高线缆的使用寿命、耐温等级、抗过载能力、机械性能等指标。辐照交联产品的绝缘生产工艺为: 在普通塑料挤出机挤包辐照交联用绝缘料,线芯通过电子加速器后被电子辐照,绝缘材料内部分子之间发生交联反应。主要设备为:DD 高频高压电子( 即地那米型)加速器,加速器及屏蔽设计由中科院上海应用物理研究所设计,砼屏蔽施工质量要求为:无缝隙孔洞,容重达24KN/ M3 以上。
二、大体积混凝土裂缝产生的可能原因
大体积混凝土墙体和顶板等结构裂缝的发生是由多种原因引起的。各类裂缝产生的主要影响混凝土的自身收缩大部分已经产生,甚至已经完因素如下:
( 一) 收缩裂缝
混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量。混凝土中的用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同,干缩、收缩的量也不同。
混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩,会产生很大的收缩应力,如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。
人们对收缩给予很大的关注,但引人关注的并不是收缩本身,而是由于它会引起开裂。混凝土
的收缩现象有好几种,比较普通的是干燥收缩和温度收缩。
自身收缩和干缩一样,是由于水的迁移而引起,但它不是由于水向外蒸发散失,而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降,形成弯月面,产生所谓的自干燥作用,混凝土体的相对湿度降低,体积减小。水灰比的变化对干燥收缩和自身收缩的影响正相反,即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小,而自身收缩增大。当水灰比大于0.5 时,其自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计;但是当水灰比小于0.35 时,体内相对湿度会很快降低到80% 以下,自身收缩与干缩则接近各占一半。
自自身收缩中发生于混凝土拌和后的初龄期。因为在这以后,由于体内的自干燥作用,相对湿度降低,水化就基本上终止了。即在模板拆除之前,混凝土的自身收缩大部分已经产生,甚至已经完成而不像干燥收缩,除了未覆盖且暴露面很大的地面以外,许多构件的干缩都已经发生在拆模以后,因此只要覆盖了表面,混凝土就不发生干缩。
在大体积混凝土里,即使水灰比并不低,自身收缩量值也不大,但是它与温度收缩叠加到一起就要使应力增大。所以在施工时应就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。现今许多断面尺寸虽不很大,且水灰比也不算小的混凝土,已 “达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂影响”,因而也要像大坝一样,需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影响,况且在这些结构里,两者的发展速率均要比大坝混凝土快得多,因此也激烈得多。
还有塑性收缩, 在水泥活性大、混凝土温度较高,或者水灰比较低的条件下也会加剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少,表面蒸发的水分不能及时得到补充,这时混凝土尚处于塑性状态,稍微受到一点拉力,混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。出现裂缝以后,混凝土体内的水分蒸发进一步加快,于是裂缝迅速扩展。所以在上述情况下混凝土浇注后需要及早覆盖。
( 二) 温差裂缝
混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不容易散发,混凝土内部温度将显著升高,而混凝土表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,此时,混凝龄期短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土的表面产生裂缝。
大体积混凝土施工,由于混凝土内部与表面散热速率不一样,在其表面形成较大的温度梯度,从而引起较大的表面拉应力。同时,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。混凝土降温阶段,由于逐渐降温而产生收缩,再加上混凝土硬化过程中,由于混凝土内部拌和水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束,也会产生很大拉应力,直到出现收缩裂缝。
(三)安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。
(四)结构裂缝
结构发生裂缝产生的原因有: 模板及其支撑不牢,产生变形或局部沉降;拆模不当,引起开裂; 混凝土和易性不好、浇筑后产生分层,出现裂缝;构件厚薄不均匀,使收缩不均匀而产生裂缝;主筋位置严重位移,而使结构受拉区开裂;混凝土初凝后又受到振动,产生裂缝;构件受力过早或超载引起裂缝;基础不均匀,下沉引起开裂;设计不合格或使用不当引起开裂等等。
三、裂缝的防治措施(一)设计措施
1. 精心设计混凝土配合比
混凝土配合比设计时,在保证混凝土具有良好工作性的情况下应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低”(低砂率、低坍落度、低水胶比)、二掺(掺高效缓凝减水剂TW-4使混凝土缓凝,要求混凝土初凝时间大于3小时;加AEA 微膨胀剂,以补偿砼的收缩)的抗裂混凝土。
2. 增配构造筋提高抗裂性能,配筋应采用小直径、小间距。砼屏蔽体顶板上下两层设纵横双向22 、@100×100 钢筋网片,中间又有两层直径14, @100×150 钢筋网片间@600×600 设直径22 立筋。
3. 避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。
4. 在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸。
5. 为保证模板有足够刚好强度、稳定性必须进
行模板方案设计。模板设计总体要求:
(1) 为保证模板安装具有足够强度、刚度及稳定性,应按照施工规范和模板设计的有关规定要求进行。为了保证砼质量,使砼表面有较好的平整度,拆模后几何截面尺寸准确,外形美观、密实,本工程采用木模板,辐照厅、加速器厅采用钢支撑体系。
(2) 为了确保结构截面尺寸和构件尺寸的准确,模板安装时采用轴线和边线两项控制,校核柱梁的位置。按梁底、板底控制模板的标高。为了保证墙和柱的几何尺寸,除采用松方木支撑加固外,应配有φ12 螺栓加强固定。
( 3) 柱、墙、梁板模板支撑及螺栓加固系统的材料规格、间距等应按设计要求和模板制安操作规程进行。
(4) 模板支撑系统必须符合设计要求,水平拉杆及剪刀等应按要求位置安装完成后,经验收合格后,方能进行下一道工序施工。
(5) 悬挑部位及机房模板应待砼强度达100% 才能拆模,其余部位应砼达到75% 才能拆模。砼施工时,应留置同条件养护拆模试块。
(6) 本计算采用的数值:fm.fv.E 等数值查《建筑施工手册》第68 页表2-53 。
板的模板计算:
(1) 荷载计算:以最厚板板厚1200mm 为计算
模板自重:q1=1.2×0.5KN/m2=0.6KN/m2
板砼自重:q2=1.2 ×1.2 ×24KN/m3=34.56KN/m2
钢筋自重:q3=1.2×1.2×5KN/m2=7.2KN/m2
施工荷载:q4=1.4×2.5KN/m3=3.5KN/m2
荷载组合:qA=⑴+ ⑵+⑶+⑷=45.86KN/m2,
考虑到模板为临时支撑构件, 荷载组合取0.9 系数,即组合后板模板荷载为:
q=0.9×45.86KN/m2=41.27KN/m2
(2) 模板采用九夹板,楞木间距设为261mm,按四跨连续梁计算。
1) 验算板底模抗弯承载力:
∵ 最大弯距
Mmax=-0.107qL2 =-0.107×41.27×0.2612 =-0.30KNm
Wn=bh2/6=1000×202÷6=66667
∴Mmax/Wn=0.30×106÷66667=5.07N/mm2<kfm=15N/mm2
符合要求。
2) 验算抗剪强度:
∵Vmax=0.607qL=0.607×41.27×0.261=6.54
∴τmax=3Vmax÷2bh=3×6.54×103÷(2×1000×20)=0.49KN/m2<K.fv=1.3×1.4=1.82KN/m2
符合要求。
3) 挠度验算:
q=q1+q2+q3=42.36KN/m
Wmax=kfq1L4 ÷(100EL)=0.632 ×42.36 ×2614÷[100×9000×( 1000×203÷12)]=0.207mm
∵ [W]=L÷250=261÷250=1.04mm>Wmax=0. 23mm
∴ 符合要求
(3) 设板下木阁栅采用80×100mm 方木,间距261mm,则受到荷载
q=0.261×42.36=11.1KN/m.
1) 木阁栅计算,按连续四跨计算:
∵ 最大弯距Mmax=-0.107qL2 =-0.107×42.36×0.62 =-0.427KNm
Wn=bh2/6=80×1002/6=133333
∴Mmax/Wn=0.427×106÷133333 =3.20N/mm2<kfm=15N/mm2
∴符合要求。
2) 验算抗剪强度:
∵Vmax=0.607qL=0.607×11.1×0.6=4.04
∴τmax=3Vmax÷2bh=3×4.04×103÷(2× 80×100)=0.757N/m2<K.fv=1.3N/m2
∴ 符合要求。
3) 挠度验算:
Wmax=kfq1L4÷(100EI)=0.632×11.1×6004÷ [100×9000×( 80×1003÷12)] Wmax=0.151mm < [W]=L÷250=600 ÷ 250=2.4mm
∴符合要求木阁栅下杠木采用80×100mm@600mm,
4) 对其杠木强度、刚度计算:强度计算:
Mmax=0.286×11.1×0.6=1.14KN·mσ= (1.14 ×106) ÷([80 ×1002) ÷6]=8.57
N/mm2<15N/mm2 2)
Vmax=1.286×6.66×0.6=5.13KN
∴τ=3Vmax÷2bh =( 3×5.13×103)÷(2×80×100) =0.96N/mm2<1.3×1.4 =1.82N/mm2
满足强度要求。
5) 刚度计算:
W=kfPL3 ÷100EI]=1.764 ×6.66 ×6003) ÷100×9000×( 80×1003) ÷12]=0.423mm
∴0.423mm<600/250=2.4mm
满足刚度要求。
(4) 支撑稳定性验算:
采用直径φ48mm 壁厚3.5 钢管,间距0.6×0.6m,水平支撑1.5 米一道。
1) 荷载计算：
N=0.6×0.6×41.27=14.85KN 2) 稳定性计算:查《建筑施工手册》第72 页:
ф4.8 钢管截面面积A=4.89cm2 i=1.47cm积A=4.89cm2 i=1.47cm
2) 强度验算:
σ=N/An=14850÷( 4.89×102)=30.37<[f]=215N/mm2
稳定性验算:λ=( μ·L)/i=( 1×1500)÷14.7=102
ψ=1500/1022=0.144 N/ψA=14850 ÷( 0.144 ×489)=210< [f]=215N/mm2
见《建筑施工手册》P71. 表2-63) 。满足稳定性要求。
3) 剪力墙模板计算:
墙厚1800mm, 采用20 厚胶合板,胶合板横向布置,内楞采用80×120mm 松中方竖向布置,间距400, 外楞采用2×80×100mm 中方松横向布置@1000, 运用Φ12 螺栓水平布在横楞与竖楞交叉点上,在穿墙螺栓两端加钢筋堵头。则墙侧模板为跨度0.4m 的多跨连续梁,接四跨连续梁进行计算。
4) 墙模侧压力计算:
F1 = 0.22γtoβ1β2 V=0.22 ×24 ×(200/20+15)×1.0×1.0× 2=42.66KN/m2
F2= γH=24×4.8=115KN/m2, 取F1=42.66 KN/m2
∴F=0.9 ×1.2 ×F1=0.9 ×1.2 ×42.66=46.07KN/m(2 25.92)
墙模有效压头h=F/24=46/24=1.92m,考虑到倾倒砼时产生的水平荷载2KN/m2 作用在有效压头高度内。F11=0.9×1.4×2=2.52KN/m2, 设横楞间1m,将下转化为线荷载。q=FL=46.07×1.0=46.07KN/m
5) 验算模板抗弯强度:
∵Mmax=-0.121qL2=-0.12 ×46.07 ×0.42=-0.89KN/m
( σm=Mmax/Wn=0.89×106/ (1/6×1000×202)13.38<kfm=15N/mm2
∴ 符合要求。
6) 验算抗剪强度:
∵Vmax=0.62qL=0.62×46.07×0.4=-11.43KN
τmax=3V/2bh=3×11.43×103/2×1000×20=0.86 N/mm2<kfv=1.3×1.4=1.82N/mm2,
∴ 符合要求。
7) 验算挠度:
Mmax=KfqL4/100EI=0.967 ×46.07 ×4004/ ( 100 ×9 ×103 ×1000 ×203/12)=1.90mm<[M] =L/250=2mm
∴ 符合要求。
(5) 穿墙螺栓验算
A=1.0×0.4=0.4m2
∵F=46.07kN/m2 转化为集中荷载
P=FA=46.07×0.4=18.43KN
S=p/f=46.07×0.4×103/215=85.7mm2查表,选用Ф12 螺栓
(Ф12 螺栓净向积113mm2,大于85.7mm2)
(6) 计算楞木
内楞:接三跨连续梁进行计算:q=46.07×0.4=18.43KN/m,采用80×120 方木。
1) 验算抗弯强度,
Mmax= -0.117qL4=-0.117 ×18.43 × 12=-2.16KN/m3
WN=1/6bh2=1/6×80×12.02=192×103m3
σm=Mmax/Wn=2.16×106/1.92×105=11.25N/mm2 <fm=15N/mm2,符合要求。
2) 验算抗剪强度:
∵Vmax=-0.617qL=-0.617×18.43×1=11.37KN
τmax=3Vmax/2bh=3 ×11.37 ×103/2×80 ×120=1.78N/mm2
∴ 符合要求。
3) 验算绕度：
q=18.43KN/m
Wmax= Kfq1 ×L4/100EI= ( 0.99 ×18.43 × 10004)/100×9×103×80×1203/12)=1.76mm
<[W]=L/250=4mm 符合要求
外楞:采用2×80×100 方木根据内楞跨度1000 验算厚符合要求,而外楞跨度400mm,应符合要求。
( 二) 施工措施
严格控制混凝土原材料的质量和技术标准,选用低化热水泥, 粗细骨料的含泥量应尽量减少(1%～1.5% 以下)。
1. 优选混凝土各种原材料
(1) 水泥:采用顺昌炼石42.5 普通硅酸盐水泥,为满足防辐射要求,不宜选用矿渣水泥或粉煤灰水泥。其优点是中低水化热、低碱水泥,可降低水化热,控制水泥中发热速度最快的C3A 的含量在7% 以下,不宜选用早强型水泥,以增长初凝时间水泥生产到现场使用,要有一定入库时间存放7天以上,以使水泥热度降到常温,但水泥出厂日期至使用时间不能超过一个月,避免水泥活性降低。
(2) 砂:采用质地坚硬,级配良好的低碱活性, 天然、中、粗河砂;砂含泥量不大于1%, 细度模板
2.5～3.2; 优点是可减少用水量,相应减少水泥用量,可降低混凝土的温升和减少混凝土的收缩。
(3) 石子:采用粒径5～40mm 的低碱自然连续及配的河卵石、含泥量不大于1%, 针状和片状颗载粒含量不大于15%, 优点是有较好的和易性,用水量较少,抗压强度较高,能减少混凝土的收缩。
(4) 混凝土掺和料外加剂:为保证容重要求,不宜掺粉煤灰,外加剂选用福建建筑科学研究院研
制的TW-4 高效缓剂减水剂和AEA 微膨胀剂,掺缓凝剂,使混凝土初凝时间大于3小时,加AEA 微膨胀剂,补偿混凝土的收缩。
2. 施工部署及施工组织
由于砼屏蔽体,平面尺寸不大,13.8×14.4 米高度为4.3 米,故决定选用JZ400,强制式砼搅拌机3台(备用1 台),SSD80×80 井架2台,分两个作业组同时进行施工,针对大体积混凝土施工的特殊性,制定紧急预案。
(1)成立屏蔽体混凝土施工应急领导小组,一旦发生紧急情况即启动小组工作。
(2) 提前与供电部门取得联系,保证连续供电并与厂部联系,若出现停电,可征用厂发电组电力。
(3) 砼浇捣班组人员配备充足, 每作业组分三班倒,连续作业。
(4) 做好浇捣砼前准备工作,检查上道工序完成质量,预埋件检查验收,模板检查验收,并浇水湿润,检查各种施工机具使用性能情况等。
3. 施工方法
(1) 根据工程特点,砼墙按每层50cm 高分层循环连续浇捣,砼墙50cm 厚,每层砼总量为:0.5×
【1.8×14.4+1.7×12×2+( 4.6+4.5) ×2×0.5 】=37.9 M3 ；37.9M3÷7M3/ 小时·台÷2台=2.7 小时；在3 小时内可以浇筑完一层砼还没达到初凝,不形成冷缝,板砼浇筑方法采用斜面分层连续浇捣,即采用斜坡度分层浇筑,循序推进,一次到顶。板30 ㎝层砼量: 砼板斜面长度:1÷sin15=1.85m砼板30 ㎝层砼量为:0.3×1.85m×14.4 米宽=7.99m3,可在初凝前浇捣完成。
(2) 在混凝土卸载料点和混凝土坡角处,至少布置工道振捣,随着混凝土浇筑工作的向前推进,振捣棒相应跟上。
(3) 采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。
(4) 由于混凝土原材料及配合比的选择和设计,整个大体积混凝土浇灌振捣过程中未产生大量泌水。
(5) 混凝土浇捣后,表面水泥浆较厚,需认真及时处理,具体步骤是:拉线找标局,初步按标高用铝合金,大杠刮平。为提高混凝土抗裂性能,在混凝土表面铺设钢丝网,将钢丝网压入混凝土面层下20mm, 用直径8要钓钢币间距2m 插入混凝土固定钢丝网,用木抹子将混凝土表面打磨密实,待混凝土收水后,用木抹子至少搓平2 次,闭合收水裂缝。
(6) 养护期间必须严格控制混凝土内外温差小于25℃, 混凝土降温速率小于1.5℃/h , 表面温度与大气温度差小于25℃。以避免出现有害裂缝,混凝土表面敞露的部分须全部用塑料薄膜及保温袋叠缝,骑马凳铺放,严密覆盖,保持塑料布内有凝结水。
(7) 委托具有相应温控资质的省建筑科学研究所对大体积砼进行建筑电子测温仪测温。在监测周期的前七天,监测系统每隔30 分钟自动测量并记录各点数据1次;8～14 天监测系统每隔1小时自动测量并记录各点温度数据1次;15～30 天监测系统每隔2小时自动测量并记录各点温度数据1次;将同一测试位置上的相邻测点间同一时刻的温度差绝对值定义为温差,监测报警温差设置为25℃。
四、混凝土容重控制
根据混凝土配合比配制,混凝土容重达25KN/m3 以上,满足防辐射屏蔽体砼容重达24KN/m3 以上的要求。为增大混凝土容重,可在混凝土拌和物内适当加入铁屑。
五、结语
防辐射大体积混凝土施工关键是防止混凝土开裂,混凝土容重达23.5KN/m3 以上,找出影响裂缝的产生的主要原因,采取有效措施,控制裂缝的产生。辐照交联车间砼屏蔽体经上海应用物理研究所检测,未发现射线泄漏,满足防辐射要求。 |
| 原作者： 傅晓辉 |
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