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(shù)

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(shù)</p><p>　　【摘要】改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家加大了對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投入，特別是對(duì)水利水電工程建設(shè)的投入。水利水電工程關(guān)系到社會(huì)的穩(wěn)定，人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，成為是我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的一個(gè)重要的組成部分。在水利水電工程中大體積混凝土的應(yīng)用非常廣泛，大體積混凝土裂縫控制是施工的一個(gè)技術(shù)難題，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施影響到結(jié)構(gòu)

2、的整體性和耐久性，直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能，若不能很好地了解大體積混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因以及掌握應(yīng)對(duì)此類問(wèn)題的相關(guān)施工措施，那么在實(shí)際生產(chǎn)中就很難保證施工質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)隨州市先覺(jué)廟水庫(kù)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(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)措施多方面對(duì)裂縫進(jìn)行防治。 </p><p>　　【關(guān)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(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </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(jué)廟

4、水庫(kù)屬于大（2）型水庫(kù)，溢洪道拆除擴(kuò)建工程擴(kuò)建后的溢洪道控制段長(zhǎng)45m，寬12m，分為三孔，每孔底板尺寸為15m長(zhǎng)，12m寬，厚度為2m,采用C30混凝土澆筑，單個(gè)底板混凝土方量達(dá)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致混凝土的內(nèi)部溫度上升很快，此時(shí)在表面引起拉應(yīng)力，也稱為溫度應(yīng)力。隨著水化熱散發(fā)基本結(jié)束，溫度又會(huì)慢慢降低，又會(huì)在內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。還有，外部氣溫的降低也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。所有這些溫度應(yīng)力共同作用，當(dāng)超出混凝土的抗裂能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。溫度應(yīng)力根據(jù)形成過(guò)程可分為： </p><p>　　1）初期應(yīng)力：從混凝土澆筑開(kāi)始到水化熱基本結(jié)束，約1個(gè)

7、月左右。這個(gè)時(shí)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(yīng)力。 </p><p>　　2）中期應(yīng)力：從水化熱散發(fā)基本結(jié)束到混凝土降低到溫度穩(wěn)定，這個(gè)時(shí)侯的溫度應(yīng)力主要是因?yàn)榛炷恋慕档图巴饨鐨鉁刈兓?，此時(shí)混凝上的彈性模量變化不大，這些應(yīng)力與初期應(yīng)力相疊加。 </p><p>　　3）后期應(yīng)力：混凝土溫度穩(wěn)定之后的時(shí)段，這個(gè)時(shí)候的

8、溫度應(yīng)力主要是周圍環(huán)境氣溫變化所引起，與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。另外，溫度應(yīng)力根據(jù)引起的原因可分為： </p><p>　　1）結(jié)構(gòu)邊界上沒(méi)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(jié)構(gòu)本身互相約束作用而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。如結(jié)構(gòu)尺寸較大的混凝土方塊，冷卻時(shí)混凝土表面溫度低，內(nèi)部溫度高，就會(huì)在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。 </p><p>　　2）全部或局部邊界受到外界的約束的

9、結(jié)構(gòu)，不能自由變形而引起的應(yīng)力，如方塊的榫槽。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)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(shí)濕時(shí)干、養(yǎng)護(hù)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(jí)配不均勻，水灰比不能很好的控制，以及混凝土運(yùn)輸和澆筑過(guò)程中的離析等原因，在同一

10、塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度也會(huì)是不一致的，必會(huì)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(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度低，抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1／10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104， 長(zhǎng)期加荷時(shí)的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。 </p><p>　　對(duì)于大

11、體積混凝土，其裂縫的形成與其結(jié)構(gòu)尺寸也相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，厚薄不均，還會(huì)產(chǎn)生約束應(yīng)力，因此引起裂縫的危險(xiǎn)性也越大。在實(shí)際施工中，因混凝土收縮和溫度變化引起的裂縫是最常見(jiàn)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(shù) &#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(jìn)施工工藝和加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)等幾個(gè)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(guò)實(shí)驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，礦渣硅酸鹽水泥用量為330kg/m3。水泥在水化過(guò)程中釋放了大量的熱量，對(duì)于底部結(jié)構(gòu)工程中的大體積混凝土，選擇的水泥品種應(yīng)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(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥或者火山灰水泥。 </p><p>　　2）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)堆在露天的骨料進(jìn)行覆蓋，以減少陽(yáng)光對(duì)其的輻射，同時(shí)對(duì)

14、澆筑前的骨料抽取水庫(kù)深層水噴灑，降低骨料的入倉(cāng)溫度（現(xiàn)場(chǎng)有條件的可在混凝土拌合時(shí)加入冰塊，效果會(huì)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(qiáng)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(duì)大體積混凝土的溫度控制較為有效，同時(shí)它促進(jìn)了混凝土的后期強(qiáng)度，還增加了混凝土的和易性，給施工帶來(lái)了

15、方便。另外在骨料的選擇上，選取了強(qiáng)度高、粒徑大、級(jí)配好的骨料，這樣可以獲得較小的表面積及空隙率，達(dá)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(shí)度，更能夠使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，來(lái)抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)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(shí)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(yīng)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(jìn)，盡量控制好上下兩層鋪料的間隔時(shí)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(shè)冷卻水管法，詳細(xì)的操作方法為：在底板鋼筋綁扎好后

17、立模前預(yù)先在混凝土澆筑倉(cāng)內(nèi)按1m的層距布設(shè)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(guò)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(gè)合理的施工時(shí)間段，避免外部環(huán)境對(duì)混凝土溫度的影響。本工程混凝土施工選擇在9~12月份進(jìn)行，一方面因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間段雨水相對(duì)比

18、較少，更主要的原因是氣溫比較適宜，當(dāng)白天平均溫度高于25℃時(shí)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?yàn)榕c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(yīng)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(kāi)始，隨著收縮的增加和溫度應(yīng)力

19、的增大，裂縫將向上延伸，有時(shí)貫穿整個(gè)塊體。因此在本工程底板混凝土澆筑前，對(duì)巖石基礎(chǔ)進(jìn)行了同標(biāo)號(hào)混凝土平填處理，確保底板混凝土澆筑時(shí)厚薄一致，避免約束應(yīng)力的產(chǎn)生。 </p><p><b>　　3．改進(jìn)施工工藝 </b></p><p>　　收縮裂縫往往在混凝土的施工早期就開(kāi)始產(chǎn)生了，其自身收縮是混凝土硬化過(guò)程中水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成了新的化學(xué)物質(zhì)，導(dǎo)致其自身體積縮

20、小?；炷磷陨硎湛s的大小與水泥細(xì)度、細(xì)摻料的活性、水灰比等因素有關(guān)。水泥細(xì)度越大，混凝土的收縮越大，發(fā)生的收縮時(shí)間越長(zhǎng)；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(chǎng)有條件的可以填筑塊石），同時(shí)對(duì)粗細(xì)骨料的含泥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，能對(duì)減小混凝土干縮起到較好的效果。本工程采用20～40mm的級(jí)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(jié)力增大、界面過(guò)渡層結(jié)構(gòu)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?gòu)囊活^向另一頭循環(huán)澆筑?？刂坪谜駝?dòng)技術(shù)和入模厚度，每個(gè)澆筑層厚度為50cm。對(duì)已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)行二次振動(dòng)，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(qiáng)度和粘結(jié)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(shè)置聯(lián)結(jié)鋼筋，加強(qiáng)振搗，保證混凝土內(nèi)部組織密實(shí)，達(dá)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(qiáng)后期養(yǎng)護(hù) </b></p&

23、gt;<p>　　混凝土養(yǎng)護(hù)主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。保溫能減少混凝土表面的熱擴(kuò)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(shí)轉(zhuǎn)入養(yǎng)護(hù)階段。本工程采用了以下幾項(xiàng)養(yǎng)護(hù)措施： </p><p>　　1）在埋設(shè)冷卻水管時(shí)在混凝土中一起布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量測(cè)溫點(diǎn)的溫度指導(dǎo)降溫、保溫工作，從而控制混凝土內(nèi)外溫差不大于25℃。測(cè)溫點(diǎn)布置的原則是使不同

24、標(biāo)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(zhǎng)方向各取三個(gè)具有代表性的點(diǎn)，布置測(cè)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(shí)指導(dǎo)溫控工作。澆筑結(jié)束后安排專人對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行溫度記錄，及時(shí)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(qiáng)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(shí)覆蓋一層塑料薄膜，適時(shí)向塑料薄膜下補(bǔ)

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

26、;&#160; </p><p>　　四、 結(jié)束語(yǔ) &#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; </p><p>　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因是相當(dāng)復(fù)雜的，影響因素很多，因此，要多觀察、多比較、多分析、多總結(jié)，要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，以便采取合理的預(yù)防處理措施，預(yù)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(guò)對(duì)隨州市先覺(jué)廟水庫(kù)溢洪道控制段混凝土底板大體積混凝土的施工總結(jié)，為今后的類似工程施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)，并希望我國(guó)在大體積混凝土防裂限裂的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究和工程技術(shù)上取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]王鐵夢(mèng)，工程結(jié)構(gòu)裂縫控制，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997； </p>