杜拉纤维在焦炭塔大厚板抗裂中的应用

　　摘要：延迟焦化装置焦炭塔框架大厚板为大体积混凝土结构，浇注过程中产生较大的内外温差，焦炭塔生产过程中会出现反复的温度变化，两者是大厚板开裂的主要原因。通过在混凝土中掺入杜拉纤维，有效地解决了温度变化、干缩、塑性收缩引起的混凝土大厚板开裂问题。

　　关键词：焦炭塔 大厚板 混凝土 裂缝 杜拉纤维

　　1、工程概况及特点

　　中石化股份有限公司金陵分公司160万吨/年延迟焦化装置是目前亚洲最大的焦化生产装置。该装置的主要反应部分是两台焦炭塔，焦炭塔塔高约42m，直径9.4m，由厚25-40mm15CrMo合金钢板焊接而成。由中石化洛阳工程公司设计。

　　焦炭塔坐落在两层钢筋混凝土框架上，六根框架柱柱高19.3m，柱截面为1.8m×1.8m、每层框架的面积为13.2m×24.6m，二层框架平台板厚2.4m，板中开有两个直径为7.8m的孔洞，每个孔洞旁设置24个M56螺栓用于固定焦炭塔裙座。学会公司上市 。

　　焦炭塔框架顶层钢筋混凝土板厚2.4m，混凝土方量大约为450m3，属于大体积钢筋混凝土结构。每个焦炭塔自重约300t，生产时最大垂直荷载约2000t.焦炭塔安装就位后须对复合钢板进行热处理，热处理时温度高达690℃，正常生产时塔内最高温度高达500℃.焦炭塔外壁虽有保温层，但在裙座底部及塔底盖附近保温层很难覆盖严密，使得焦炭塔底座附近混凝土的辐射温度高达95℃.

　　据有关资料，山东某石化公司延迟焦化装置焦炭塔框架混凝土板共出现160多条裂缝，其中裂缝宽度0.3-0.32mm有4条，0.15-0.25mm有23条，0.15mm以下的133条。这些裂缝主要沿孔内侧周边分布，并由板孔下角向外发展，裂缝在最小断面处最多，板的外侧裂缝均在板的中部，裂缝宽度呈中间大两头小。此种裂缝的出现会引起钢筋锈蚀，混凝土碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。湖北某炼油厂延迟焦化装置焦炭塔框架顶层钢

　　筋混凝土大厚板也出现类似情况。

　　2、厚板温度裂缝成因及纤维抗裂机理

　　混凝土温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大的结构中。焦炭塔框架顶层钢筋混凝土板为大体积混凝土结构，此类结构混凝土浇筑后，硬化过程中水泥水化产生大量水化热。当水泥用量在350-550 kg/m3，每m3混凝土将释放出-kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。实践表明当混凝土本身温差达到25℃-26℃时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。此外，根据金陵分公司160万吨/年延迟焦化装置的生产工艺要求，每个焦炭塔每24h完成一炉焦炭的生产，两个焦炭塔交替生产，也就是说焦炭塔底座附近混凝土每24h就会由正常的室外温度迅速上升到95℃左右。这样也会在混凝土内外产生较大温差。

　　由此可见，如果不采取特殊措施，混凝土内外温差会引起焦炭塔框架顶层钢筋混凝土大厚板开裂。为此采用在混凝土中加入纤维的方法来解决厚板开裂的问题。

　　当在水泥基材料中掺入纤维后，由于此时表层材料中存在纤维材料，使得其失水面积有所减少，水分迁移较为困难，从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少。同时，依靠纤维材料与水泥基之间的界面吸附粘结力、机械啮合力等，增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，从而使材料表层的开裂状况得以减轻，甚至消失。

　　有关试验表明当纤维加入量为混凝土体积的0.1%左右时，混凝土抗拉强度不会提高很多，但掺入少量的聚丙烯纤维可以促进混凝土抗拉性能后期强度的持续增长，这是一种纤维的补强效应而非增强效应，纤维抑制混凝土裂缝产生是由于纤维的阻裂效应。对于混凝土这类内部原来有缺陷的材料，其开裂强度可因混凝土内加入纤维后，混凝土的韧性增大、裂缝尺寸减少或裂缝尖端应力集中系数降低而得到提高。

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