130米烟囱自流密实混凝土加固的设计与施工

摘　要:介绍了自流密实混凝土运用于130 m钢筋混凝土烟囱加固的工程实例,重点对加固方案、施工工艺、质量控制与检验进行了探讨,实践证明加固效果好。
   自流密实混凝土(Self Compacting Concrete,简称SCC)也有人称为高流态混凝土(Highly Fluidized Concrete),指混凝土拌合物主要靠自重,不需要振捣即可充满模型和包裹钢筋,属于高性能混凝土的一种。该混凝土流动性好,具有良好的施工性能和填充性能,而且骨料不离析,混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性,能够较好地解决普通混凝土施工的过振和漏振,并能有效防止混凝土振捣施工造成的“跑模”、支架移位及振捣噪声等问题,能够显著提高混凝土的施工速度,确保混凝土的施工质量。由于加固工程的复杂性和特殊性,自流密实混凝土以其优良的性能在加固工程中得到越来越广泛的应用,本文通过运用自流密实混凝土加固130m烟囱的实例,介绍自流密实混凝土加固特种结构的施工工艺,质量的控制与检验,以期对其他工程起到借鉴的作用。
   1　工程概况
   某钢厂焦化厂新2号混凝土烟囱设计高度为130 m(图1)。烟囱上口外径4.85 m,地面处外径为10.4 m,筒身坡度由上至下为2.0%~2.3%,筒壁最厚处为底部400 mm,最薄处为顶部160 mm。烟囱进口处烟气温度约220℃,主导风向北偏西。设计基本风压值为0.35 kN/m²。
   烟囱基础采用人工挖孔灌注桩,设计桩身极限承载力标准值不小于8 760 kN。基础采用C20混凝土,筒身20 m以下采用C30混凝土,20 m以上采用C25混凝土,筒身环向钢筋保护层厚30 mm。隔热层采用100 mm厚高炉渣;内衬厚115 mm,采用MU7.5普通黏土砖及m².5混合砂浆砌筑而成。
   烟囱内部于2005年发生过一次爆炸事故,造成局部结构出现明显损伤,影响到该结构的正常使用,须对其进行加固处理(图2)。

   2　工程检测
   2.1　地基基础检测与评定地基基础检测中,采用高精度经纬仪对烟囱结构的倾斜进行测量,测量结果如图3所示(检测值中包含施工误差)。结构变形测量结果表明,烟囱主体结构的倾斜值(含施工误差)小于《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)中要求的倾斜变形允许值:[0.004L=520 mm]。
   检测结果说明,该烟囱结构地基稳定,基础工作状态正常。
   2.2　雷达检测
   采用RIS-2k-A型精密雷达检测探伤仪,对烟囱的混凝土裂缝、缺陷、破损程度以及内部衬砌体破损度等情况进行现场检测。在烟囱的底座、中部的休息平台和破坏比较严重的14~16m区段,采用从右至左环向扫描,对烟囱其他区段则采用沿铁梯附近从上至下垂直扫描检测。检测结果表明,烟囱混凝土结构存在多处纵、横向裂缝,且烟囱局部混凝土存在不密实及缺损现象,烟囱内部衬砌体多处出现裂缝、破损以及局部坍塌现象。从烟囱结构主体损伤程度分析,离地约15m位置为受损最严重区域,该处混凝土损伤的主要原因为结构遭受爆炸力破坏后形成。
   采用RIS-2k-A型精密雷达检测探伤仪,在烟囱表面的不同高度处选取8个测区对烟囱钢筋位置、数量、保护层厚度进行抽查,经探测显示,由于施工质量的原因,钢筋的位置有少许偏差,钢筋直径10~Φ22,钢筋间距120~200mm,保护层厚度25~40mm,表明钢筋位置、数量及保护层厚度数据基本满足设计要求。
   2.3　混凝土强度检测
   现场采用回弹法对烟囱结构混凝土抗压强度进行抽检,烟囱混凝土的设计强度等级为C25~C30,但检查结果显示,实际混凝土强度等级不足C20,抗压强度值低于设计要求。
   2.4　对烟囱进行外观缺陷、构造等检测
   对筒壁进行外观查测发现,标高约15m处(靠铁梯左侧)沿水平向共有8处明显的孔洞及缺陷,局部已露出纵、横向钢筋,孔洞及缺陷处间有多处不规则裂缝连接,缝宽约1~3mm,如图4所示。

   筒壁有多处细裂缝存在,缝宽0.1~0.5mm不等。对其他围护构件检测:中部走道锈蚀较严重,栏杆及走道局部有变形及钢件缺失现象,此外两盏航标灯也已损毁。对烟囱顶口检测可知,顶口处混凝土基本完好,但顶口以下2~2.6m衬砌部分已坍塌,部分则严重损坏,2.6m以下的衬砌体可见有明显裂缝(具体情形如图5~图7所示)。

   3　加固方案
   此烟囱加固工程为薄壁圆筒体,且内需配钢筋网,混凝土施工时根本无法使用振捣器,容易出现蜂窝麻面现象,所以考虑采用自流密实混凝土加固。
   1)将烟囱受损严重部位的明显疏松、麻面区混凝土充分凿除,附近区域的混凝土适度凿毛处理,并用压力水冲洗,然后装模板,用具有高强度、无收缩、自流密实成型的混凝土(掺加水泥用量16%的“ZM”外加剂)浇筑损伤区域,养护7 d。
   2)对烟囱表面裂缝进行灌胶封闭处理,对大于0.2mm的裂缝采用结构灌缝胶进行压力灌注封闭。
   3)对烟囱整体结构采用外包自流密实混凝土法及外包型钢法进行加固处理,加固后对外包型钢区烟囱表面采用复合砂浆抹面封闭处理。
   4)修复烟囱内部衬砌及隔热层,衬砌损坏区及坍落区均应重做衬砌及隔热层,且应注意新老衬砌的搭接。在处理衬砌及隔热层时,内部可见混凝土壁疏松或孔洞区,均应按上述方法采用自流密实混凝土重新浇筑密实。
   5)加固烟囱绑扎钢筋网,水平筋-22@150及纵筋-22@150,烟囱表面8@500销钉梅花状遍布,植入10d(d为钢筋直径)。具体加固见图8。

   4　施工工艺
   自流密实混凝土加固烟囱按下列工序进行:1)施工准备工作;2)烟囱混凝土表面处理;3)植剪切销钉;4)安装钢筋网;5)浇筑自流密实混凝土;6)后期的养护。
   4.1　施工准备工作
   1)搭设脚手架作为施工工作面;
   2)根据施工现场和被加固烟囱的实际情况拟订施工方案,确定加固施工组织设计;
   3)对所使用的自流密实混凝土、钢筋、抗剪切销钉、砂浆以及相关机具做好施工前的准备工作。
   4.2　烟囱混凝土表面处理
   采用自流密实混凝土钢筋网加固法加固时,原构件的表面状态是影响界面粘结性能的重要因素。因此在加固前,必须对烟囱表面进行适度处理,使之形成完整、干净、适度粗糙的表面。
   1)对烟囱的侧面进行打磨,将受损严重部位的明显疏松、麻面区混凝土充分凿除,对附近区域的混凝土适度凿毛处理使之露出骨料层,形成适度粗糙表面。
   2)用高压水将打磨的粗糙表面上的粉尘以及残存污渍清洗干净,同时起提前湿润的作用。
   4.3　植入剪切销钉
   在烟囱体内植入销钉的目的是提高原混凝土与新增混凝土界面的抗剪能力并对即将要绑扎的钢筋网起部分固定作用,本次加固中所用销钉采用8@500,锚固深度为10d,具体见图9。

   1)销钉制作:将直径为8 mm的钢筋截断成100 mm,将每个销钉弯成“L”形,“L”形短边为销钉外露长度大约20 mm,“L”形长边为销钉的植入深度约80 mm;
   2)按设计要求对烟囱表面的植筋位置进行放线定位;
   3)钻孔:采用电锤钻孔,钻孔深度为销钉植入深度加10 mm,钻孔直径为销钉直径加8 mm;
   4)清孔:用高压空气压缩机对所钻孔洞进行清理;
   5)注入无机植筋胶并植入销钉;
   6)养护:植筋后待无机植筋胶终凝后养护1 d,进行下一步钢筋网的绑扎。
   加固方案中其他部位的植筋要求必须符合设计要求和相关规程要求。
   4.4　烟囱表面安装钢筋网
   1)加固采用的钢筋品种、性能均应符合设计要求,按照设计尺寸下料。
   2)应先将与烟囱侧面销钉固定的水平钢筋绑扎,然后再绑扎纵筋。
   3)按照设计要求定位放线后,在烟囱表面焊接钢筋网,钢筋均应焊接10d封闭。
   4)新增混凝土的纵筋与基础须采用植筋技术连接锚固,纵筋应锚入下部基础中40d。
   5)钢筋网的网格间距以及钢筋网与烟囱混凝土表面的距离也要按照设计图纸进行控制。
   4.5　浇筑自流密实混凝土
   1)本次加固采用的自流密实混凝土内掺有占水泥用量16%的“ZM”外加剂,粗骨料粒径5~10 mm,细骨料为中砂,设计强度等级为C35。
   2)浇筑前应在模板内洒水湿润,并在模板外部作适当敲击,选择坚固、刚度大、接缝少而严密不漏浆的大型模板。
   3)浇筑过程中因垂直高度过大,采用导管法浇筑,用直通到底部的竖管浇筑自流密实混凝土,在向上提管的过程中,管口始终埋在已经浇筑的混凝土内部。
   4.6　养　护
   由于自流密实混凝土与普通混凝土相比,其表面泌水量少,甚至没有泌水,为了减少混凝土的水分散失和塑性开裂,应加强养护。
   在养护的过程中,应及时浇水保持混凝土表面的湿润状态,使混凝土能够及时散热和充分水化,避免外部环境和混凝土内部的温差过大而产生裂缝。
   5　质量控制与检验
   为了保障自流密实混凝土质量,采取了一系列的措施。
   1)粗骨料粒径控制在5~10 mm,有效地保证了拌合物的间隙通过性,减小了拌合物的流动阻力。细骨料采用中砂,混凝土的强度、弹性模量和黏聚性得到保障。掺入占水泥用量16%的“ZM”外加剂,使混凝土在较低的水胶比下获得适宜的黏度、良好的流动性、黏聚性和保塑性,实现了自流密实所需的工作性。
   2)考虑到加固的烟囱为高度较大的竖向构件,而且自流密实混凝土流动性较大,其对模板的侧压力比普通混凝土大,所以选用坚固、刚度大、接缝少而严密不漏浆的大型模板。
   3)因烟囱表面新加钢筋配筋比较密集,而且垂直浇筑高度过大,为防止自流密实混凝土在垂直浇筑中因高度过大产生离析现象,或被钢筋打散使混凝土不连续,所以浇筑采用导管法控制其浇筑的质量。由于工作面小,因此应事先做好施工组织工作,确保自流密实混凝土在入模之前保持其工作性。
   4)硬化混凝土表面砂浆层厚度控制在15mm以内,目的是保证自流密实混凝土拌合物的黏聚性良好,使浇筑成型后的硬化混凝土具有良好的均质性。
   5)采用外包自流密实混凝土加固烟囱时,新老混凝土能否很好地工作在很大程度上取决于新老混凝土界面的粘结性能。因此,新老混凝土的界面粘结质量是整个加固工程质量控制的关键点。在影响截面粘结效果的诸多因素中,老混凝土表面的粗糙度最为显著。在加固以前,采用切槽法进行表面处理,切槽深度5~10 mm,宽度20~30 mm,将老混凝土表面的粗糙度控制在4~5 mm,使之形成完整、干净、适度粗糙的表面,即能够得到满意的粘结效果。
   6　结　论
   本文介绍了采用自流密实混凝土加固130 m烟囱的工程实例,实践证明,用自流密实混凝土加固构件时能有效地解决传统混凝土施工中漏振、过振以及钢筋密集难以振捣等问题,大幅度降低了工人的劳动强度,降低了人工费用,具有显著的经济效益,降低了环境噪声,改善了工作环境,节省了电力能源,能大量利用工业废料做矿物掺合料,有利于环境保护,具有广泛的应用前景,同时也为这种方法在混凝土结构加固领域的推广提供了借鉴。