李 浩
北京礦冶科技集團有限公司(100160)
水淬渣是把熔融狀態(tài)的高爐爐渣置于水中急速冷卻而形成的,主要有渣池水淬和爐前水淬兩種方式[1]。水淬渣具有潛在的水硬膠凝性能,常作為建材料,用于生產(chǎn)水泥和混凝土。 渣水淬池一般由水池及露天抓斗吊車兩部分構(gòu)成。
水池結(jié)構(gòu)上的作用主要可分為永久作用和可變作用兩類。 永久作用應包括結(jié)構(gòu)自重、土的豎向壓力和側(cè)向壓力、水池內(nèi)的盛水壓力、地基的不均勻沉降等;可變作用應包括地表或地下水壓力(側(cè)壓力、浮托力)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫(濕)度變化作用、地面堆積荷載等[2]?;炷林饕惺艿踯嚭奢d,包括吊車豎向荷載及水平剎車荷載。
渣水淬池一般是露天水池,根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設計規(guī)程》,暴露在大氣中的水池池壁的溫度變化作用,應由池壁的壁面溫差確定。 根據(jù)該規(guī)程第4.3.5 條規(guī)定,壁板的內(nèi)外側(cè)壁壁面溫差與壁板內(nèi)側(cè)水的計算溫度、壁板外側(cè)的大氣溫度相關(guān),而且壁板內(nèi)側(cè)水的計算溫度采用年月最低的平均水溫,壁板外側(cè)的大氣溫度采用當?shù)啬暝陆y(tǒng)計的最低平均溫度。 但是渣水淬池的工作狀態(tài)與規(guī)程本條的規(guī)定并不完全一致。
渣水淬池正常工作時,高溫熔融狀態(tài)的冶煉渣通過溜槽直接流入水淬池中,池中溫度瞬間升高,池壁壁面兩側(cè)的溫差非常大。 根據(jù)部分冶煉廠的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,渣水淬池正常工作時水的溫度大約是80 ℃,遠大于規(guī)范規(guī)定的溫差荷載,因此在渣水淬池結(jié)構(gòu)設計中要著重考慮溫度荷載的影響。
水池結(jié)構(gòu)受力計算主要有傳統(tǒng)計算方法、有限元分析方法。
1)傳統(tǒng)計算方法在進行水池受力計算時,池底一般采用無梁樓蓋模型計算;水池側(cè)壁水平跨度較小時按照三邊固定板來計算,當其水平跨度很大時按照底部固定的懸臂板來計算;混凝土柱按懸臂構(gòu)件進行計算。 該方法采用比較簡單的計算假定,傳力明確,當水池與計算假定接近時,計算精度能滿足設計要求。
2)有限元分析法采用有限元模型對池壁、池底及混凝土柱進行模擬分析。 當施加合適的邊界條件和荷載條件后,可以得到各個單元的準確內(nèi)力,進而指導配筋。 通常水池的底板及側(cè)壁均采用板單元進行模擬,同時將彈簧邊界約束板單元做為模擬邊界條件[3],混凝土柱一般采用梁單元模擬,梁單元節(jié)點與板單元節(jié)點耦合以模擬水池側(cè)壁對混凝土柱的約束作用。 當彈簧剛度取值合適時,計算結(jié)果非常接近實際受力狀態(tài)。
渣水淬池工作時,池壁處于高溫狀態(tài),同時由于受礦渣中化合物的影響,水質(zhì)惡劣,渣水淬池池壁內(nèi)側(cè)的環(huán)境類別為五類環(huán)境[4],水池內(nèi)側(cè)混凝土保護層最小值一般取50 mm。
熔渣與水接觸瞬間, 會產(chǎn)生大量的水蒸氣,對水池上的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕,如露天吊車的檢修平臺、爬梯及欄桿等。 在設計時,這些鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件建議采用不銹鋼材質(zhì),以避免構(gòu)件受到嚴重腐蝕,影響使用安全。
水池的施工順序: 墊層→池底板→池壁板→試水→抹灰。
水池模板常采用組合鋼模板,支設分池底、池壁兩部分進行。 為池壁支模及處理施工縫方便,同時防止施工縫設在底板彎矩最大處,底板與池壁施工縫設在離底板上表面350~450 mm 處。 水池底模應一次性支好,包括與池壁連接施工縫以下部分。 池壁、池頂模板在底板混凝土澆筑后一次支設成型。池壁模板支設應采用有支撐模板體系,在池內(nèi)底板上搭設鋼管腳手架,形成穩(wěn)固的支撐體系。
水池施工誤差主要有鋼筋誤差、水池尺寸誤差、標高誤差及預埋件誤差等。 其中鋼筋誤差主要包括相鄰鋼筋間距誤差,鋼筋長度誤差及保護層厚度誤差;水池尺寸誤差主要包括水池平面尺寸、截面尺寸及垂直度等; 標高誤差主要包括水池底板頂標高,水池側(cè)壁頂標高及混凝土牛腿頂標高等;預埋件誤差主要是預埋件平面位置及其立面標高。
渣水淬池設計,尤其需要重視對混凝土柱誤差的控制。 因為混凝土柱平面位置及牛腿標高直接影響吊車的安裝及運行。
渣水淬池中水質(zhì)較差,一旦發(fā)生泄露,不僅會對周圍環(huán)境造成危害,而且會腐蝕池壁內(nèi)的鋼筋影響水池的使用壽命。
由于混凝土具有良好的抗?jié)B性能,所以同批澆筑的混凝土部分一般很少發(fā)生滲水及漏水情況。 漏水主要發(fā)生在不同批次澆筑的混凝土施工縫處。 在施工過程中,施工縫處必須要設置止水帶,止水帶應位于池壁中央,并且保持垂直狀態(tài),形成閉合環(huán)路。 同時,施工縫內(nèi)外兩側(cè)應按要求設置防水貼予以加強。
渣水淬池正常使用過程中池內(nèi)的水溫較高,進行水池內(nèi)力計算時,要重點考慮溫度荷載對池壁受力的影響。
渣水淬池正常工作時,環(huán)境較差,應采取相應的防護構(gòu)造措施,以增加水池的使用壽命。
渣水淬池施工過程中,應合理選擇施工順序,盡量減少施工縫數(shù)量,同時應嚴格控制關(guān)鍵部位的施工誤差,并做好防水措施。