大壩混凝土裂縫分析及防治經(jīng)驗(yàn)談

徐宏?duì)?/p>

(云南省水利水電工程有限公司，云南 昆明 650231)

1 混凝土裂縫的類型和成因分析

1.1 混凝土收縮裂縫

混凝土隨溫度和濕度的變化要產(chǎn)生熱脹冷縮、濕脹干縮的現(xiàn)象,當(dāng)收縮變形受到約束時(shí)則構(gòu)件將產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉應(yīng)變,拉應(yīng)變值超過(guò)了混凝土容許值時(shí)即產(chǎn)生裂縫。鋼筋混凝土大壩體積巨大,而水與混凝土的比熱值相差較大,當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時(shí),混凝土壩體極易產(chǎn)生收縮裂縫,有些壩體混凝土在施工時(shí)邊澆筑邊養(yǎng)護(hù)邊產(chǎn)生裂縫。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)受力裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件是依靠鋼筋控制裂縫的開(kāi)展,使其不超過(guò)裂縫寬度的容許范圍,當(dāng)由于存在配筋設(shè)計(jì)方案欠妥、混凝土材料性能不達(dá)標(biāo),或者是施工過(guò)程出現(xiàn)了地基沉陷、施工荷載過(guò)大等因素,從而導(dǎo)致壩體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生受力裂縫。

1.3 混凝土鋼筋銹蝕裂縫

鋼筋表層腐蝕后生成鐵銹,體積可增加幾倍,擠壓外側(cè)混凝土并使之產(chǎn)生垂直于徑向脹壓力的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的承載能力后就將在混凝土保護(hù)層上引發(fā)順沿鋼筋的縱向裂縫,導(dǎo)致混凝土裂縫繼續(xù)擴(kuò)大。

1.4 混凝土堿集料反應(yīng)裂縫

混凝土堿集料反應(yīng)裂縫主要是指水泥中的堿與骨料中的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)即堿硅酸鹽反應(yīng)(簡(jiǎn)稱ASR反應(yīng)),反應(yīng)生成物堿硅酸鹽凝膠體積膨脹所引發(fā)的裂縫。當(dāng)選取的骨料中堿性物質(zhì)含量超標(biāo)時(shí),混凝土極易產(chǎn)生此類裂縫。

2 防止壩體混凝土出現(xiàn)裂縫的對(duì)策

2.1 使用低溫低熱混凝土

2.1.1 低熱混凝土,又稱低發(fā)熱溫升混凝土。混凝土的水化熱溫升是溫凝土最高溫度的重要組成部分,而伴隨發(fā)熱溫升出現(xiàn)的熱量外散則可以降低一些混凝土的蓄熱量和實(shí)際溫升度。降低混凝土發(fā)熱量主要依靠合理選配材料,如低熱水泥、低水泥量、摻混合材、外加劑以及大骨料等,是大壩之類混凝土的主要裂控手段。

2.1.2 低溫混凝土,又稱低澆筑溫度混凝土。夏季施工混凝土的澆筑溫度常高達(dá)25℃～30℃。如果通過(guò)預(yù)冷材料降至10℃就等于將混凝土工程的最高溫度 (Tmax)和內(nèi)外溫差(△Td)各降約 15℃～20℃,并因此收到相當(dāng)大的減免溫裂效果。目前,美國(guó)在此方面的技術(shù)相當(dāng)成熟,并已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的施工方法。大量實(shí)踐證明:只要將Tp降到10℃以下并配合采取其他裂控措施,就不會(huì)出現(xiàn)值得關(guān)注的溫度裂縫。

2.2 混凝土妥善配料

2.2.1 水泥及混合料、外加劑

為了配制低發(fā)熱、低升溫的混凝土,在設(shè)計(jì)強(qiáng)度不高的壩體混凝土工程中,通常選用較低發(fā)熱量的水泥(摻混合材水泥)和采用較低水泥量的配合比。但在設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高的大體積混凝土工程中,則既要求水泥具有高活性,亦希望水泥是低發(fā)熱(緩發(fā)熱)的,其摻有高磨細(xì)度礦渣粉的高強(qiáng)礦渣硅酸鹽水泥多可具有這種特性。同時(shí)選擇干縮性能較好的水泥也是控制收縮裂縫的一個(gè)重要方面。

混合料摻入水泥中大多可以降低水泥發(fā)熱量和延緩發(fā)熱時(shí)間,這有利于延緩混凝土的溫升過(guò)程;但有些混合材也可延緩混凝土的強(qiáng)度發(fā)展或增大混凝土的干縮性,需要通過(guò)試驗(yàn)研究確定。外加劑(減水劑、引氣劑)能改善混凝土的和易性,有助于混凝土的澆筑均勻和振搗密實(shí)度,提高混凝土的抗拉性和抗裂性,使用時(shí)需要進(jìn)行試驗(yàn)研究并嚴(yán)控施工質(zhì)量。

2.2.2 骨料

眾所周知,加大粗骨料最大粒徑、調(diào)整好砂石顆粒級(jí)配、減少砂中的泥污含量,有利于減少混凝土拌和需水量(以至水泥量),從而減小混凝土的干縮性(以至發(fā)熱性);而帶棱角有麻面的碎石則較有利于混凝土的抗拉伸性,粗骨料巖石類碎石可以大大減少混凝土的干縮性和冷縮性,有效降低裂縫的產(chǎn)生。

3 壩體混凝土裂縫控制施工要點(diǎn)

3.1 配制低溫混凝土要點(diǎn)

3.1.1 冰屑化水降溫法

冰融化成水吸收的熱量是用水冷卻所吸收的熱量的5倍,通常可用冰屑取代相應(yīng)量的拌合水,以降低混凝土拌合溫度。

3.1.2 骨料真空降溫法

向骨料堆上噴灑冷水可以適當(dāng)降低混凝土的溫度,運(yùn)用真空降溫法是常規(guī)灑水降溫法效率的10倍左右。骨料真空降溫操作要點(diǎn)為:在鋼筒倉(cāng)(壓力容器)內(nèi)裝進(jìn)濕骨料91t～272t,經(jīng)抽真空將倉(cāng)內(nèi)壓力降至6mmHg柱,這就可依靠骨料顆粒表面上游離水的蒸發(fā)制冷,在經(jīng)約45min時(shí)間將骨料從43t的初溫降至平均約10℃,降溫效果十分顯著。

3.1.3 液氮降溫法

液氮是惰性深冷液體,用其降溫,具有操作簡(jiǎn)便、效能極高的特點(diǎn)。液氮可用來(lái)將水制冷(降至1℃)。將液氮直接噴注于處在拌和中的混凝土內(nèi),拌合物溫度即可按需降低,而液氮?jiǎng)t轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)N2逸出(室內(nèi)氮?dú)饪山?jīng)排風(fēng)扇排出),混凝土拌和降溫用消耗量標(biāo)準(zhǔn)為7kg/(m3·℃)～12kg/(m3·℃)。

3.2 混凝土配料要點(diǎn)

優(yōu)先選用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥,按每立方米摻加2.3kg～2.5kg的標(biāo)準(zhǔn)在混凝土中適當(dāng)摻入減水劑、引氣劑等外加劑,以利于振搗密實(shí)。選用粒徑5mm～25mm、級(jí)配良好、抗壓強(qiáng)度高的碎石作為粗骨料,選用平均粒徑大于0.5mm的中粗砂作為細(xì)骨料,以減少用水量和水泥用量,降低混凝土溫度,同時(shí)要避免選用指標(biāo)超常的堿骨料。

3.3 壩體混凝土要分段澆筑并接縫設(shè)置要點(diǎn)

壩體混凝土須按照分段(分塊)分層施工,按適當(dāng)?shù)拈g隔時(shí)間依序分塊澆筑;通過(guò)縮短塊長(zhǎng)以減小基底對(duì)塊體變形的約束力,通過(guò)縮短塊厚以便于內(nèi)熱外散和避免蓄熱太高。其在各個(gè)塊體之間的預(yù)留縫則大多在間隔一段時(shí)間之后壓灌水泥漿 (或向預(yù)留槽內(nèi)填灌混凝土)將各單個(gè)塊體連接成整體。混凝土大壩的分縫分塊應(yīng)沿壩軸方向按15m～20m長(zhǎng)劃分為若干段。塊體澆筑層厚度是影響內(nèi)熱外散速率的重要因素,夏季一般1m～2m,其他季節(jié)可以適當(dāng)增加。在壩體施工時(shí),要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工要點(diǎn)進(jìn)行沉降縫、伸縮縫的施工。

3.4 澆筑施工控制要點(diǎn)

澆筑前,應(yīng)清除模板內(nèi)的積水,鐵絲,鐵釘?shù)入s物,并以水濕潤(rùn)模板。使用鋼模應(yīng)保持其表面清潔無(wú)浮漿,檢查模板和腳手架,鋼筋,預(yù)埋件等符合要求后方可進(jìn)行澆筑。采用插入式振搗器搗實(shí)混凝土的移動(dòng)間距,不宜大于其作用半徑的1.5倍,振搗器距離模板不應(yīng)大于振搗器作用半徑的1/2;并應(yīng)盡量避免碰撞鋼筋,模板,預(yù)埋管等,振搗器應(yīng)插入下層混凝土5cm;要保證連續(xù)澆筑施工。

3.5 壩體混凝土養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)

可采用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù),于預(yù)留孔內(nèi)蓄水適當(dāng)深度。為保證冷卻水溫度控制可靠、流量調(diào)節(jié)方便并節(jié)約用水,將循環(huán)水管的一端接至水池的150mm總排水管,另一端接至基礎(chǔ)底面,使冷卻水循環(huán)往復(fù),有效控制內(nèi)外溫差,防止表面干裂生縫。

[1]李治.基礎(chǔ)大體積混凝土防裂縫控制措施[J].低溫建筑技術(shù),2007(2).

[2]曹宗乾.大體積混凝土防裂控制[J].地下水,2007(3).

[3]朱中聯(lián),楊敏華.大體積混凝土防裂施工要點(diǎn)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(11).

[4]朱炳浩.大體積混凝土防裂施工技術(shù)探討[J].工程科學(xué),2007(9).