混凝土面板裂縫控制與優(yōu)化研究

摘要:混凝土面板與其他混凝土結(jié)構(gòu)一樣，在硬化過程和硬化后都會因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產(chǎn)生不同程度的裂縫。從目前情況來講，堆石壩的混凝土面板裂縫是普遍存在的，防止面板裂縫是混凝土面板施工的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，只要從設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，面板裂縫是完全可以避免。

關(guān)鍵詞:混凝土面板;裂縫控制;優(yōu)化

中圖分類號:TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)02-0277-02

1 混凝土面板裂縫控制

1.1 支撐混凝土面板的堆石體質(zhì)量控制

混凝土面板是澆筑在坡度為1:1.4左右的墊層坡面上的薄板，面板裂縫受堆石體的位移、沉降影響較大，特別是地基不均勻沉降或局部填筑密度不夠而導(dǎo)致的不均勻沉降影響則更大。為避免裂縫的產(chǎn)生或控制裂縫的發(fā)展，面板混凝土澆筑應(yīng)在堆石體(墊層區(qū)、過渡區(qū)、堆石區(qū))基本完成施工期的沉降量以后進(jìn)行，各種填筑料的填筑密度應(yīng)不低于設(shè)計(jì)指標(biāo)，墊層坡面的平整度應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求。

1.2 面板混凝土強(qiáng)度等級設(shè)計(jì)

面板混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值的大小對面板抗裂性能影響較大，而混凝土強(qiáng)度等級的高低與抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值呈正比例關(guān)系。因此，面板混凝土強(qiáng)度等級，宜高不宜低，低壩混凝土標(biāo)號也應(yīng)設(shè)計(jì)成C20為宜。

1.3 面板混凝土原材料控制

混凝土面板除在設(shè)計(jì)上要合理配筋、分塊外，混凝土原材料的選擇是面板裂縫控制的主要措施之一。混凝土原材料的優(yōu)劣及其配合比的優(yōu)選，對面板的抗裂性能影響較大。因此，必須從面板混凝土原材料選擇方面作大量的對比試驗(yàn)研究。

1.3.1 外加劑的選擇

通常要在面板混凝土配合比中摻減水劑和引氣劑，用以提高混凝土的和易性、不透水性和抗裂性。由于極限拉伸值的增高，而彈模及千縮率的降低，抗裂性能w1優(yōu)于W0。這說明面板混凝土中摻適量優(yōu)質(zhì)外加劑對抗裂有利，但不同品牌的外加劑在面板混凝土中的抗裂性能有較大差別。所以，在混凝土面板施工以前，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)、施工對面板混凝土的要求，選用多個(gè)品牌的外加劑進(jìn)行配合比試驗(yàn)研究，從中選出滿足設(shè)計(jì)和施工以及對面板抗裂最為有利的外加劑。筆者認(rèn)為，不管壩的高低，面板混凝土均應(yīng)采用高效減水劑配制。

1.3.2 水泥的選擇

面板混凝土應(yīng)選用于縮小、水化熱低的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，這是大家公認(rèn)的事實(shí)。但有些普通硅酸鹽水泥用于面板混凝土澆筑，對面板的抗裂不太有利。普硅1水泥中硅酸三鈣和鋁酸三鈣含量均高于普硅2水泥，說明普硅l水泥的水化熱高于普硅2水泥。但普硅1水泥摻有12%的礦渣，此值已接近摻活性混合材料時(shí)不得超過15%的國家標(biāo)準(zhǔn)，普通硅酸鹽水泥中摻礦渣較其他活性材料的干縮要大，這就是用普硅1P.042.5強(qiáng)度等級的普通硅酸鹽水泥較用普硅2P.042.5強(qiáng)度等級的普通硅酸鹽水泥配制的面板混凝土干縮大的原因所在。

面板混凝土所用水泥除選用硅酸鹽水泥外，應(yīng)優(yōu)先選用水化熱低且不摻或少摻礦渣活性材料的普通硅酸鹽水泥為好。水泥標(biāo)號的選用宜高不宜低。因在配制相同強(qiáng)度等級的混凝土?xí)r，用高標(biāo)號比用低標(biāo)號要少用水泥，對混凝土減少干縮有利。SL49—94(混凝土面板堆石壩施工規(guī)范)規(guī)定;面板混凝土用水泥強(qiáng)度等級應(yīng)不低于32.5。故對有條件的工程，特別是高壩應(yīng)盡量選用P.042.5強(qiáng)度等級的水泥或更高強(qiáng)度等級水泥來配制面板混凝土。

1.3.3 摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰

優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有大量微珠顆粒，摻入混凝土中能減少水泥的需水量，除使混凝土面板抗?jié)B性能大幅度提高外，還可減少干縮。既節(jié)約了水泥，又提高了面板的抗?jié)B性，從而提高抗裂性能。早期修建的工程在面板混凝土中摻粉煤灰的實(shí)例較少，隨著認(rèn)識的不斷深入，加之粉煤灰收集工藝的提高，現(xiàn)在在面板混凝土中摻入適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰已較為普遍。

1.3.4 關(guān)于面板混凝土中摻加膨脹劑及化學(xué)纖維

面板與基巖或趾板接觸的板塊處于約束區(qū)，因面板本身的變形而較易引起開裂。為解決混凝土面板裂縫問題，在國內(nèi)的已建工程中已有采用在混凝土產(chǎn)生收縮的同時(shí)，用人為產(chǎn)生等量膨脹的方法，防止混凝土面板裂縫或降低裂縫程度的嘗試。目前這類外加劑品種主要是以鈣釩石為膨脹源及以氧化鎂為膨脹源的產(chǎn)品，適用于低中型面板混凝土壩。在面板與基巖或基巖與趾板接觸的板塊混凝土中摻入適量氧化鎂或UEA膨脹劑，對面板抗裂有利。

聚丙烯、聚乙烯纖維由于抗拉強(qiáng)度均較高，適量摻入混凝土中能提高混凝土的抗拉強(qiáng)度并降低混凝土干縮而改善其抗裂性能，現(xiàn)已普遍用于道路工程。水利工程中的防洪堤、灌溉渠以及抗沖磨混凝土也有應(yīng)用實(shí)例。浙江白溪水庫就在每立方米面板混凝土中摻入0.9kg聚丙烯纖維的應(yīng)用實(shí)例，其28d、60d、90d的干縮率分別降低了2.7%、5.5%和7.4%。

2 面板施工的質(zhì)量控制

2.1 面板施工時(shí)段的選擇

面板施工時(shí)段的選擇實(shí)際上是面板澆筑時(shí)環(huán)境溫度和濕度的選擇。由于模板漏水，骨料的吸水或者蒸發(fā)等使未凝固的面板混凝土脫水，引起與脫水容積大體相等的收縮，同時(shí)，這種收縮又受到基礎(chǔ)、模板、鋼筋等的約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力，此時(shí)，混凝土的抗拉強(qiáng)度幾乎為零而易于產(chǎn)生裂縫。由于蒸發(fā)速度對塑性收縮裂縫的產(chǎn)生起重要作用，國外有專家提出產(chǎn)生裂縫的極限蒸發(fā)量為1-1.5kg/m2。面板澆筑時(shí)環(huán)境溫度高導(dǎo)致混凝土溫度高，使表面水分急劇蒸發(fā)。為減少未凝固混凝土水分過多地蒸發(fā)，防止面板開裂，面板的最佳施工溫度應(yīng)控制在22℃左右，濕度應(yīng)控制在70%以上。

2.2 面板混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑的質(zhì)量控制

除了原材料質(zhì)量控制和最優(yōu)的配合比外，原材料配料準(zhǔn)確與否是面板裂縫控制的又一重要環(huán)節(jié)。骨料入斗允許誤差±2%，加水量允許誤差±1%，施工單位應(yīng)嚴(yán)格過磅稱量原材料。超出誤差范圍的配料狀態(tài)下，生產(chǎn)出的混凝土質(zhì)量是極不穩(wěn)定的。因此，對面板混凝土生產(chǎn)中原材料稱量這一環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制必須加強(qiáng)。任何用途的混凝土都要求拌和均勻，而面板混凝土則更應(yīng)強(qiáng)調(diào)拌和的均勻性，以保證其面板有較高的延伸性，提高抗裂性能。為保證混凝土在運(yùn)送過程中不致發(fā)生分離、漏漿、嚴(yán)重泌水或過多降低坍落度，就應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)和時(shí)間，以便生產(chǎn)的混凝土在最短的時(shí)間內(nèi)入倉澆筑。入倉混凝土及時(shí)振搗，以使混凝土密實(shí)并緊貼墊層。鋪料間隙時(shí)間要符合要求，應(yīng)無初凝現(xiàn)象，以免造成施工冷縫而留下產(chǎn)生裂縫隱患。

3 新澆面板混凝土裂縫的控制

面板的養(yǎng)護(hù)，特別是面板的早期養(yǎng)護(hù)，對防止面板裂縫尤為重要。養(yǎng)護(hù)好的混凝土面板，除強(qiáng)度增長較快外，還可降低因干縮產(chǎn)生裂縫的程度。

養(yǎng)護(hù)濕度為70%的混凝土較養(yǎng)護(hù)濕度為90%的混凝土所測各齡期干縮大，其平均值前者是后者的近兩倍。從而說明混凝土早期的精心養(yǎng)護(hù)對減少混凝土干縮，防止面板開裂有利。在一些面板壩所在地，氣溫驟變時(shí)有發(fā)生，有時(shí)連續(xù)35℃以上高溫，或突降暴雨使氣溫驟降至20℃左右或更低;白天40℃左右、晚上降至10℃左右(如新疆烏魯瓦提面板堆石壩壩址區(qū)，5～7月份最高氣溫41℃，日最低氣溫12℃)，白天20℃以上，晚上降至0℃左右就更常見了。在氣溫驟變的情況下，面板承受較大的溫度梯度，使面板產(chǎn)生拉應(yīng)力。

處于水中的面板混凝土較暴露于空氣中的面板混凝土脹縮變形小得多。其23℃驟變至0℃時(shí)，前者僅是后者的1/3。0℃驟變至23℃時(shí)，前者小于后者32%。這是試件齡期達(dá)300天后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。可以推斷，混凝土齡期越短，上述變化將越明顯。說明硬化中或硬化后的混凝土面板如果能避免直接暴露于空氣中，對防止裂縫極為有利。

為防止面板裂縫，面板自拉模起就應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和保護(hù)。拉模抹面處理后覆蓋草袋并灑水養(yǎng)護(hù)，面板澆筑期可在草袋上灑水養(yǎng)護(hù)，面板澆筑結(jié)束可采用灑水花管進(jìn)行自流養(yǎng)護(hù)，并盡可能養(yǎng)護(hù)至水庫蓄水。