□郭東波（商丘市水利施工總隊）

大體積混凝土裂縫的成因及防治措施

□郭東波（商丘市水利施工總隊）

水利工程施工期間或在其運行期間，大體積混凝土?xí)a(chǎn)生收縮裂縫，產(chǎn)生裂縫的原因很多，如：受內(nèi)外溫度差和外部約束的影響，大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和應(yīng)變，此種應(yīng)力與應(yīng)變?nèi)绻^混凝土結(jié)構(gòu)的承受極限，就會產(chǎn)生溫度裂縫。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，分析了大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，并結(jié)合工程案例探討了溫控防裂的措施。

大體積混凝土；溫度裂縫；溫控防裂措施

1　工程概述

某大型水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)殖、城市供水等綜合利用的大型水利樞紐，修建于20世紀(jì)50年代，防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低。本工程為1#溢洪道除險加固，本次工程采取保留老閘閘墩和底板，以老閘為施工圍堰，緊接老閘下游另建新閘，堰頂高程不變，均為170.50m。新、老閘孔相對應(yīng)，共4孔，每孔凈寬12m；溢流堰設(shè)計采用金包銀的結(jié)構(gòu)形式。閘墩及溢流堰混凝土澆筑共分四個倉面為了防止溫升裂縫，每孔底板中部設(shè)置一道伸縮縫。

2　大體積混凝土裂縫

2.1大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

無論何種水工混凝土類型，從體積與用量上講，都屬于大體積混凝土大體積混凝土溫度裂縫很大程度上受自身材料特性的影響，具有明顯的時間效應(yīng)?；炷廉a(chǎn)生裂縫的原因有許多種，實踐證明，大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因為溫度裂縫。引起溫度裂縫產(chǎn)生的原因有多種，如：水泥水化熱、混凝土環(huán)境與澆筑溫度、混凝土約束條件、混凝土縮水收縮。

大體積混凝土澆筑后，由于水泥在水化凝結(jié)過程中，要散發(fā)大量的水化熱，散發(fā)較慢，澆筑后期，混凝土內(nèi)部溫度急劇上升會引起混凝土結(jié)構(gòu)因高溫膨脹而變形，此時，混凝土彈性模量還很小，基礎(chǔ)約束產(chǎn)生較小壓應(yīng)力。待達到最高溫度以后，隨著熱量向外部介質(zhì)散發(fā)，溫度將由最高溫度降至一全穩(wěn)定溫度或冷穩(wěn)定溫度場，將產(chǎn)生一個溫差。如果澆筑溫度大于穩(wěn)定溫度，該溫差更大。這時，混凝土因為降溫，將發(fā)生體積收縮，進而為產(chǎn)生裂縫形成了初因。另一方面混凝土抗拉強度一般都不均勻，混凝土本身較為脆弱，水工混凝土中還有孔隙，在內(nèi)外溫度變化的條件下，就容易產(chǎn)生溫度裂縫。

2.2大體積混凝土裂縫分類

大體積混凝土裂縫主要分為以下幾種，見表1。

表1　大體積混凝土裂縫分類表

2.3大體積混凝土溫度裂縫的危害

水利工程施工中像水閘閘墩、大壩底部等關(guān)鍵部位采用大體積混凝土進行澆筑，一旦混凝土表層產(chǎn)生裂縫，如不及時修補，首先，會降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，并引起滲漏；其次，裂縫還會對整個水利工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱。嚴(yán)重話還會形成潰壩，威脅著當(dāng)?shù)厝嗣竦纳拓敭a(chǎn)安全。

3　大體積混凝土溫控防裂措施

3.1常用的溫控防裂措施

國內(nèi)大型水利水電工程在大體積混凝土溫控防裂方面的措施主要有以下幾種：

①采用專用的低熱水泥；②采用彈性模量和膨脹系數(shù)都比較小的灰?guī)r骨料；③使用150mm的大骨料；④洞藏混凝土骨料，并在拌和前對骨料進行多次預(yù)冷；⑤采用冷卻水拌制混凝土；⑥嚴(yán)格控制混凝土拌和用水量，保證混凝土坍落度符合要求；⑦在混凝土運輸罐車外包裹保溫被、密封混凝土皮帶輸送機；⑧在混凝土內(nèi)埋設(shè)冷卻水管；⑨在適當(dāng)部位設(shè)置混凝土施工縫、膨脹帶或后澆帶；⑩在混凝土表面上粘貼保溫材料，防止混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂縫。

3.2計劃采用的溫控防裂措施

根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生機理分析，為避免混凝土產(chǎn)生裂縫，應(yīng)通過各種措施降低水化熱，進而降低混凝土內(nèi)部發(fā)熱量，同時通過對骨料的合理選用，減少混凝土因骨料而引起的膨脹，再通過其他技術(shù)和施工措施以減少大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的機率。

由于低熱水泥水化熱相對較小，能夠很好地抑制大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。但由于現(xiàn)階段周邊市場上很難買到低熱水泥，因此不考慮使用低熱水泥這一措施。故計劃采取以下措施來防止進水塔混凝土產(chǎn)生裂縫。

3.2.1施工措施

搭設(shè)全封閉砂石料儲料倉，避免陽光照射，高溫季節(jié)降低倉內(nèi)骨料溫度；平時盡量多備料，并攏堆，以便材料內(nèi)部熱量能夠充分散發(fā)。降低拌和水溫度，計劃采用冷卻能力6m3/h的制冷機生產(chǎn)拌和用水（在扣除了砂石骨料中含水量的情況下，能供應(yīng)的混凝土生產(chǎn)能力約為60m3/h）；冬季施工時，用溫水拌制混凝土，提高混凝土澆筑溫度，確?；炷翝仓^程中不結(jié)冰，以保證混凝土強度的增長。

為避免混凝土澆筑過程中的熱量倒灌，使混凝土產(chǎn)生溫升，夏季施工時，在混凝土罐車外部加裹保溫被或反光材料；同時密封現(xiàn)場混凝土皮帶輸送機，對box下料管進行保溫包裹，加快平倉振搗速度，混凝土振搗密實以后立即覆蓋保溫材料進行保溫；降低澆筑層厚度，便于內(nèi)部混凝土水化熱散發(fā)，避免混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生裂縫。

進水塔計劃采用普通鋼模板，混凝土每次澆筑厚度約3.00m，便于內(nèi)部混凝土水化熱散發(fā)，避免混凝土內(nèi)、外溫差過大產(chǎn)生裂縫；盡量避免高溫時段澆筑混凝土，充分利用低溫季節(jié)和早晚及夜間氣溫低的時段澆筑。

合理控制混凝土起澆時間：由于底板處于強約束區(qū)，溫控標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)格，因此底板混凝土安排在低溫季節(jié)進行澆筑。

3.2.2技術(shù)措施

3.2.2.1采用灰?guī)r骨料，減少收縮量

由于灰?guī)r骨料的收縮比較小，采用灰?guī)r骨料可以減少混凝土的收縮。通過對料場的了解，有生產(chǎn)符合要求的灰?guī)r骨料廠家。

摻加粉煤灰優(yōu)化配合比，降低發(fā)熱材料（水泥）的用量，在改善混凝土澆筑性能的同時，降低混凝土內(nèi)部溫升（無表面保護時約為0.10℃/kg，有表面保護時約為0.12℃/kg）。

3.2.2.2采用三級配常態(tài)混凝土

采用三級配常態(tài)混凝土?xí)r，添加聚羧酸高效減水劑，澆筑進水塔，在保證水膠比不變的情況改下，進一步減少水泥用量。

3.2.2.3安裝冷卻水管

在混凝土內(nèi)埋設(shè)水平間距1.50m，垂直間距1.50m的冷卻水管，用向預(yù)埋在混凝土中的冷卻水管的方法進行冷卻，使混凝土內(nèi)部熱量及時散失。冷卻通水時混凝土溫度與冷卻水之間的溫差不超過250℃，降溫速度≤10℃/d。

通水冷卻實行個性化通水，混凝土最高溫度出現(xiàn)之前通水流量≥2.00m3/h；混凝土最高溫度出現(xiàn)之后，通水溫度與混凝土最高溫度之差控制在250℃以內(nèi)，通水流量521.20～1.50m3/h，使混凝土的最高溫度不超過允許的最高值。通水冷卻從混凝土下料澆筑開始。當(dāng)河水溫度較低時通河水，若河水溫度較高時通不高于150℃制冷水。冷卻時間控制在15-20 d，冷卻水方向24h調(diào)換一次。

4　結(jié)語

綜上所述可知，大體積混凝土裂縫是因為混凝土的溫度變形受到約束而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力大于混凝土自身抗拉強度時而產(chǎn)生的。通過對溢洪道閘墩及底板施工的工程實例操作得出結(jié)論：通過以上所采取的溫控防裂措施來控制大體積混凝土溫度應(yīng)力，減少裂縫產(chǎn)生的措施是切實可行的。

（責(zé)任編輯：趙鑫）

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