淺析水利水電工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防裂技術

1、<p>　　淺析水利水電工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防裂技術</p><p>　　【摘要】改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，國家加大了對基礎建設的投入，特別是對水利水電工程建設的投入。水利水電工程關系到社會的穩(wěn)定，人民生命財產(chǎn)的安全，成為是我國基礎建設的一個重要的組成部分。在水利水電工程中大體積混凝土的應用非常廣泛，大體積混凝土裂縫控制是施工的一個技術難題，大體積混凝土結構的施工技術與措施影響到結構

2、的整體性和耐久性，直接關系到混凝土結構的使用功能，若不能很好地了解大體積混凝土結構開裂的原因以及掌握應對此類問題的相關施工措施，那么在實際生產(chǎn)中就很難保證施工質(zhì)量。本文通過對隨州市先覺廟水庫溢洪道控制段混凝土底板的澆筑施工，探討裂縫產(chǎn)生的原因及如何從原材料選擇、混凝土配合比設計、施工及養(yǎng)護措施多方面對裂縫進行防治。 </p><p>　　【關鍵詞】水利水電工程；大體積混凝土；裂縫；原因；防治 </p>

3、<p>　　中圖分類號：TV 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　&#160;&#160;&#160; </p><p>　　一、工程概況 &#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　隨州市先覺廟

4、水庫屬于大（2）型水庫，溢洪道拆除擴建工程擴建后的溢洪道控制段長45m，寬12m，分為三孔，每孔底板尺寸為15m長，12m寬，厚度為2m,采用C30混凝土澆筑，單個底板混凝土方量達360m3，屬于大體積混凝土施工。 &#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因 &a

5、mp;#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有多種，主要有溫度、濕度的變化，混凝土的不均勻性和脆性，還有結構形式等等。&#160; &#160;&#160;&#160; </p><p>　　混凝土硬化期間，水泥的水化

6、熱很大，由于混凝土體積龐大，積聚在其內(nèi)部的水化熱不易散發(fā)，導致混凝土的內(nèi)部溫度上升很快，此時在表面引起拉應力，也稱為溫度應力。隨著水化熱散發(fā)基本結束，溫度又會慢慢降低，又會在內(nèi)部出現(xiàn)拉應力。還有，外部氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。所有這些溫度應力共同作用，當超出混凝土的抗裂能力時，就會出現(xiàn)裂縫。溫度應力根據(jù)形成過程可分為： </p><p>　　1）初期應力：從混凝土澆筑開始到水化熱基本結束，約1個

7、月左右。這個時候的特征是水泥放出大量的水化熱和混凝上彈性模量的急劇變化。彈性模量的變化，造成混凝土在內(nèi)部形成殘余應力。 </p><p>　　2）中期應力：從水化熱散發(fā)基本結束到混凝土降低到溫度穩(wěn)定，這個時侯的溫度應力主要是因為混凝土的降低及外界氣溫變化所引起，此時混凝上的彈性模量變化不大，這些應力與初期應力相疊加。 </p><p>　　3）后期應力：混凝土溫度穩(wěn)定之后的時段，這個時候的

8、溫度應力主要是周圍環(huán)境氣溫變化所引起，與前兩種的殘余應力相疊加。另外，溫度應力根據(jù)引起的原因可分為： </p><p>　　1）結構邊界上沒有任何約束或完全靜止，內(nèi)部溫度如果是非線性分布的，由結構本身互相約束作用而產(chǎn)生的溫度應力。如結構尺寸較大的混凝土方塊，冷卻時混凝土表面溫度低，內(nèi)部溫度高，就會在表面出現(xiàn)拉應力，在中間出現(xiàn)壓應力。 </p><p>　　2）全部或局部邊界受到外界的約束的

9、結構，不能自由變形而引起的應力，如方塊的榫槽。這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。 </p><p>　　混凝土的表面濕度變化較大或發(fā)生劇烈變化，但內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，如果時濕時干、養(yǎng)護不周，表面干縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束作用，也可能出現(xiàn)裂縫。 </p><p>　　由于原材料質(zhì)量、級配不均勻，水灰比不能很好的控制，以及混凝土運輸和澆筑過程中的離析等原因，在同一

10、塊混凝土中其抗拉強度也會是不一致的，必會存在著許多薄弱部位，其抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫。 </p><p>　　混凝土是一種多孔膠凝人造石材，屬脆性材料，其最大特點是抗壓強度高、抗拉強度低，抗拉強度是抗壓強度的1／10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104， 長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。 </p><p>　　對于大

11、體積混凝土，其裂縫的形成與其結構尺寸也相關，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結構尺寸越大，溫度應力也越大，厚薄不均，還會產(chǎn)生約束應力，因此引起裂縫的危險性也越大。在實際施工中，因混凝土收縮和溫度變化引起的裂縫是最常見的。&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　三、大體積混凝土裂縫防治的主要施工技術 &#160;&#160;&#160;

12、&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　為了防止裂縫，可以從控制混凝土溫度、改善約束條件、改進施工工藝和加強后期養(yǎng)護等幾個方面著手。 </p><p>　　1．控制混凝土溫度 </p><p>　　首先要減少混凝土自身的發(fā)熱量。本工程采取了如下措施： </p><p>　　1）選

13、用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥，經(jīng)過實驗室配合比設計優(yōu)化，礦渣硅酸鹽水泥用量為330kg/m3。水泥在水化過程中釋放了大量的熱量，對于底部結構工程中的大體積混凝土，選擇的水泥品種應該是低熱或者中熱的，而水泥釋放溫度&#160;的速度及大小取決于水泥的礦物成分，在大體積混凝土施工中，應盡量使用礦渣硅酸鹽水泥或者火山灰水泥。 </p><p>　　2）對施工現(xiàn)場堆在露天的骨料進行覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對

14、澆筑前的骨料抽取水庫深層水噴灑，降低骨料的入倉溫度（現(xiàn)場有條件的可在混凝土拌合時加入冰塊，效果會更好）。 </p><p>　　3）水泥用量越大，產(chǎn)生的水化熱越多，因此在不影響混凝土強度的前提下，要盡量減少水泥用量。利用粉煤灰作混凝土的摻合料是本工程采取的最有效的方法之一，粉煤灰使混凝土水化熱在一定程度上延緩釋放，對大體積混凝土的溫度控制較為有效，同時它促進了混凝土的后期強度，還增加了混凝土的和易性，給施工帶來了

15、方便。另外在骨料的選擇上，選取了強度高、粒徑大、級配好的骨料，這樣可以獲得較小的表面積及空隙率，達到減少水泥用量的目的，降低水化熱，減小混凝土裂縫的延伸。還有一種措施就是采用了UFA膨脹劑，&#160;它可以等量替換水泥，不僅能夠保證混凝土的密實度，更能夠使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，來抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應力。 </p><p>　　4)摻加緩凝型減水劑，它的作用是使水化熱的釋放時間得到有效延緩，減少混凝

16、土內(nèi)部水化熱峰值從而減小溫度應力，避免冷接縫出現(xiàn)的可能。 </p><p>　　其次要加快混凝土熱量的散發(fā)。本工程采用了兩種方法： </p><p>　　1）薄層澆筑法，50cm一層，平鋪法，連續(xù)推進，盡量控制好上下兩層鋪料的間隔時間，以下層料未初凝前鋪筑上一層為宜，以防止出現(xiàn)施工冷縫。 </p><p>　　2）鋪設冷卻水管法，詳細的操作方法為：在底板鋼筋綁扎好后

17、立模前預先在混凝土澆筑倉內(nèi)按1m的層距布設上、下兩層蛇形冷卻水管，上、下層水管距離底板頂面、底面分別為0.5m，水管規(guī)格為30mm的薄壁鋼管，混凝土澆注完成后，即可在該兩層蛇形水管內(nèi)通水，通過水循環(huán)，帶走砼內(nèi)部的熱量，使混凝土內(nèi)部的溫度降低到要求的限度。 </p><p>　　最后就是要選擇一個合理的施工時間段，避免外部環(huán)境對混凝土溫度的影響。本工程混凝土施工選擇在9~12月份進行，一方面因為這個時間段雨水相對比

18、較少，更主要的原因是氣溫比較適宜，當白天平均溫度高于25℃時改為夜間施工。 </p><p><b>　　2．改善約束條件 </b></p><p>　　混凝土澆注后，溫度逐漸下降，塊體也隨之收縮。但是在塊體底部，因為與底胎上的榫相互作用，塊體收縮受到榫的約束，從而在塊體內(nèi)部產(chǎn)生拉應力。該拉力在混凝土方塊的底部最大，一旦產(chǎn)生裂縫也是從底部開始，隨著收縮的增加和溫度應力

19、的增大，裂縫將向上延伸，有時貫穿整個塊體。因此在本工程底板混凝土澆筑前，對巖石基礎進行了同標號混凝土平填處理，確保底板混凝土澆筑時厚薄一致，避免約束應力的產(chǎn)生。 </p><p><b>　　3．改進施工工藝 </b></p><p>　　收縮裂縫往往在混凝土的施工早期就開始產(chǎn)生了，其自身收縮是混凝土硬化過程中水泥與水發(fā)生水化反應，生成了新的化學物質(zhì)，導致其自身體積縮

20、小?；炷磷陨硎湛s的大小與水泥細度、細摻料的活性、水灰比等因素有關。水泥細度越大，混凝土的收縮越大，發(fā)生的收縮時間越長；用水量越大，水灰比越高，混凝土收縮越大。因此控制水灰比、選用并盡可能多的采用大粒徑的骨料（現(xiàn)場有條件的可以填筑塊石），同時對粗細骨料的含泥量進行嚴格控制，能對減小混凝土干縮起到較好的效果。本工程采用20～40mm的級配碎石，施工配合比塌落度控制在10~12cm之間，有效減少混凝土收縮、徐變。 </p>&

21、lt;p>　　另外，在混凝土攪拌工藝上，采用凈漿裹石或砂漿裹石的二次投料工藝，能夠有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后粘結力增大、界面過渡層結構致密，從而增加了混凝土的抗拉能力，減少裂縫出現(xiàn)的可能。在混凝土振搗工藝上，分層澆筑，分層振搗，待每薄層混凝土全斷面布料振搗完畢，再從一頭向另一頭循環(huán)澆筑?？刂坪谜駝蛹夹g和入模厚度，每個澆筑層厚度為50cm。對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振動，可排除混凝土因泌水而在水平鋼

22、筋、石子下部形成的水分和空隙，提高抗拉強度和粘結力，并減少內(nèi)部氣孔和裂縫，提高混凝土抗裂能力。施工縫設置聯(lián)結鋼筋，加強振搗，保證混凝土內(nèi)部組織密實，達到提高混凝土極限拉伸值的目的。 &#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p><b>　　4．加強后期養(yǎng)護 </b></p&

23、gt;<p>　　混凝土養(yǎng)護主要是保持適當?shù)臏囟群蜐穸葪l件。保溫能減少混凝土表面的熱擴散，降低混凝土表層的溫差。保濕能減少混凝土表面的水分蒸發(fā)，減少干縮，防止表面裂縫?；炷翝沧⑼戤吅蠹皶r轉入養(yǎng)護階段。本工程采用了以下幾項養(yǎng)護措施： </p><p>　　1）在埋設冷卻水管時在混凝土中一起布設測溫點，通過測量測溫點的溫度指導降溫、保溫工作，從而控制混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃。測溫點布置的原則是使不同

24、標高、不同施工區(qū)段處的混凝土溫升均能得到監(jiān)控。在每塊底板的長方向各取三個具有代表性的點，布置測溫孔，保證不同施工區(qū)段混凝土溫升均可得到反映，從而及時指導溫控工作。澆筑結束后安排專人對測點進行溫度記錄，及時調(diào)整循環(huán)水的溫度，確保降溫效果。冷卻完畢后，水管口用與底板強度等同的水泥漿封閉，水泥中加入微膨脹劑。 </p><p>　　2）混凝土表面收光后為防止早期失水出現(xiàn)塑性裂縫，及時覆蓋一層塑料薄膜，適時向塑料薄膜下補

25、水，保持塑料薄膜內(nèi)始終有凝結水，以保證水泥發(fā)揮補償收縮作用的充分條件。另根據(jù)測溫孔測溫結果，適時在塑料薄膜上覆蓋兩層麻袋或者土工布保溫。 </p><p>　　3）當氣溫較高，尤其是超過30℃時，灑水養(yǎng)護就顯得尤為重要，養(yǎng)護現(xiàn)場使用小型小流量高揚程水泵灑水，安排專人養(yǎng)護，養(yǎng)護期一般不低于14天。 &#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160

26、;&#160; </p><p>　　四、 結束語 &#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　大體積混凝土結構產(chǎn)生裂縫的原因是相當復雜的，影響因素很多，因此，要多觀察、多比較、多分析、多總結，要對混凝土裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，以便采取合理的預防處理措施，預防工作做好了，大體積混

27、凝土的裂縫是完全可以控制和避免的。通過對隨州市先覺廟水庫溢洪道控制段混凝土底板大體積混凝土的施工總結，為今后的類似工程施工積累了施工經(jīng)驗，并希望我國在大體積混凝土防裂限裂的應用基礎理論研究和工程技術上取得長足的進步。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]王鐵夢，工程結構裂縫控制，中國建筑工業(yè)出版社，1997； </p>