水利工程大體積混凝土裂縫控制

姚曉麗

【摘 要】？？本文對大體積混凝土施工裂縫的成因進(jìn)行了分析， 并提出為避免裂縫出現(xiàn)所采取的技術(shù)措施。然后介紹了某防洪閘底板大體積混凝土的裂縫控制措施。

【關(guān)鍵詞】？？水利工程；大體積混凝土；裂縫；控制；

大體積混凝土工程在當(dāng)今建筑物中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。所謂大體積混凝土，結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸不小于1m， 或預(yù)計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。水利大壩時常涉及到大體積混凝土施工，大體積混凝土結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)截面大， 水泥用量多， 水泥水化所釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用， 所以容易產(chǎn)生裂縫， 影響到工程質(zhì)量。因此， 在進(jìn)行大體積混凝土的施工過程中， 必須嚴(yán)格控制大體積混凝土的施工技術(shù)。影響大體積混凝土施工裂縫的因素很多， 但直接原因主要還是溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力以及它們的綜合超越了混凝土對應(yīng)齡期的極限抗拉強度。其中施工溫度應(yīng)力所造成的混凝土裂縫是影響大體積混凝土質(zhì)量的重要因素， 也是作為大體積混凝土裂縫控制的重要指標(biāo)。為此， 控制混凝土裂縫就應(yīng)采取措施控制混凝土的施工溫度應(yīng)力?；炷翜囟葢?yīng)力的形成和施工養(yǎng)護(hù)方式及養(yǎng)護(hù)技術(shù)指標(biāo)休戚相關(guān)， 不恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)方式及指標(biāo)可能潛在加劇混凝土的施工溫度裂縫。

1.大體積混凝土施工中的裂縫成因

1.1 溫度收縮裂縫

水泥在早期水化過程中將放出大量的熱，一般每克水泥可放出約502J熱量，隨著混凝土水泥用量的提高，絕熱溫升可達(dá)50-80℃。在沒有緩凝劑的條件下，通常在澆筑后12h左右出現(xiàn)溫度峰值。隨后，由于水化反應(yīng)放緩，放熱速率減小，在與外界環(huán)境發(fā)生熱交換條件下溫度開始下降。由于混凝土內(nèi)、外散熱條件的不一致，表層混凝土溫度降低得快，沿混凝土傳熱方向出現(xiàn)溫度梯度，進(jìn)而引發(fā)溫度收縮梯度，導(dǎo)致表層混凝土受拉。除了在極端氣候條件下，周圍的溫度變化對普通混凝土結(jié)構(gòu)危害很小，甚至沒有危害，然而在大體積混凝土中，膠凝材料水化反應(yīng)引發(fā)的溫升現(xiàn)象尤為明顯，中心溫度峰值往往處于較高水平，且散熱速率緩慢。因此，溫度收縮及收縮梯度的產(chǎn)生，在很大程度上增加了大體積混凝土早期開裂的危險性。

1.2 塑性收縮裂縫

當(dāng)混凝土還處于塑性狀態(tài)時，由于干燥，水分可能會從混凝土表面散失。水也可能因為毛細(xì)管吸力從干燥混凝土基層散失。這種收縮一般發(fā)生在澆注后的10-12h，而且暴露在不飽和空氣環(huán)境下（相對濕度小于95%）、風(fēng)速較大、氣溫較高時才會發(fā)生。由于這些因素會引起水分蒸發(fā)，使新拌混凝土的長度減小。這種收縮稱為塑性收縮，因為混凝土此時還處于塑性狀態(tài)。水膠比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高等都能導(dǎo)致塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象，典型的塑性裂縫是相互平行的，且間距0.3～1.0m，深度25～50mm。塑性收縮及其引起的開裂風(fēng)險主要取決于水灰比和水泥用量。在混凝土澆注的最初幾天，采用養(yǎng)護(hù)劑或濕麻布保護(hù)混凝土表面，避免直接與大氣接觸，這種情況下干縮被終止，不會出現(xiàn)塑性裂縫。在摻用特殊的聚合物微纖維，增強水泥漿基體，提高抗拉強度，在這種情況下，塑性收縮會出現(xiàn)，但不會開裂，因為纖維能夠約束住水泥漿。

1.3 干燥收縮裂縫

混凝土干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，在不飽和空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮。在整個混凝土服役期間，只要環(huán)境相對濕度小于95%，硬化混凝土就會出現(xiàn)干縮。干燥收縮是混凝土后期產(chǎn)生裂縫的主要原因。只要水中沒有任何危險雜質(zhì)，水的種類不會對干縮有影響。骨料對混凝土的干縮影響顯著，因為骨料能夠限制水化水泥漿的干縮；骨料越堅硬，它限制水泥漿干縮的效果越好。如果高效減水劑用于減少水和水泥用量，則它也能減小干縮；但是，如果用于提高工作性，不減少用水量，則會使混凝土的收縮最大提高5%，即使水膠比相同，隨混凝土流動性增加，特別是當(dāng)坍落度大于150mm以后，情況更顯著。

2.大體積混凝土裂縫控制措施

（1） 盡量采用低熱水泥，引進(jìn)三摻技術(shù)， 降低水泥水化熱。

（2） 施工前，對拌合材料預(yù)冷卻，降低澆筑溫度。

（3） 采用優(yōu)化的保溫保濕養(yǎng)護(hù)方法，控制內(nèi)外溫差，促進(jìn)硬化，提高混凝土早期抗拉能力。

（4） 分層、分塊澆筑減緩溫升， 減小溫度變形。

（5）增大混凝土密實度， 提高材料變形能力。

（6）設(shè)計滑動層， 減少對混凝土的約束應(yīng)力。

（7）設(shè)計溫度筋， 加強混凝土整體性， 提高抗裂性能。

3.水利工程中大體積混凝土施工案例

3.1工程概況

某防洪閘新建工程，底板為30 cm×30 m的1.8m 厚的鋼筋混凝土底板，混凝土設(shè)計強度C25，加強帶采用抗?jié)B等級P8補償收縮混凝土，寬度為2m。

3.2裂縫控制措施

3.2.1優(yōu)化配合比，降低水化熱

采用32.5級礦渣硅酸鹽水泥，細(xì)度模數(shù)為2.7的中砂， 5-31.5級配碎石，摻入適量粉煤灰、UVA型膨脹劑。具體配合比見下表1。

3.2.2混凝土的澆筑技術(shù)

在大體積混凝土澆筑過程中，要注意施工技術(shù)的控制。在大體積混凝土的澆筑具體可以分段分層澆筑。也就是在混凝土澆筑時， 先從底層開始， 澆筑至一定距離后澆筑第二層， 如此類推。

3.2.3加強混凝土的養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)是一項關(guān)鍵工作， 為防止混凝土內(nèi)外溫差過大， 造成溫度應(yīng)力大于同期混凝土抗拉強度而產(chǎn)生裂縫， 根據(jù)當(dāng)時的施工情況和環(huán)境氣溫， 采用蓄水法進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。具體操作如下：先在混凝土表面覆蓋雙層麻袋， 澆水濕潤。在混凝土初凝后，在周圍砌擋水，蓄水深6cm，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)約20d 左右。

3.2.4混凝土的測溫

為了掌握大體積混凝土的溫升和溫降的變化規(guī)律，應(yīng)對混凝土進(jìn)行全過程的監(jiān)測控制。該工程整個底板測溫導(dǎo)線的布置共48處，混凝土初凝后72h內(nèi)每2 h 測溫1次，以后每4h為1次，并做好測溫測量記錄，測溫工作持續(xù)到混凝土與環(huán)境溫度差小于15 ℃時結(jié)束。測溫采用UJ36 型電子測溫儀。為了嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，滿足設(shè)計對工程特殊部位的要求，防止混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生，對測溫記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對分析結(jié)果及時采取相應(yīng)措施：在底板范圍內(nèi)，下鋪一層塑料薄膜，上部覆蓋二層毛氈被，若混凝土內(nèi)外溫差接近25℃時，繼續(xù)在混凝土上加蓋草簾被，直到溫差小于25℃為止。

4.結(jié)語

控制混凝土裂縫的方法很多，除上面提到的幾點外，還有一些傳統(tǒng)的技術(shù)措施，如流水養(yǎng)護(hù)，冷卻骨料等，都會取得良好的效果。總之，大體積混凝土裂縫控制是一項非常綜合的技術(shù)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍鉁亍h(huán)境等因素，選擇既經(jīng)濟(jì)又有效的施工方法，加強管理，嚴(yán)格控制，確保工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

1、《水利水電工程設(shè)計與施工新技術(shù)全書 （1-4冊） 共4本》，作者：劉振飛主編，2001年4月第1版

2、《水工混凝土建筑物老化病害及防治》 ；作者：羅建群 羅金好主編出版日期：1995年9月第1版

3《水利水電工程施工組織設(shè)計指南》（上、下冊）》 作者：魏璇主編 出版日期：1999年3月

4、《水利水電工程質(zhì)量控制要點》 ，作者：李先鎮(zhèn)，編著出版日期：1999年10月第1版第1版

5、《水工混凝土建筑物病害評估與修補文集》孫志恒等編 2001.9出版