換流變廣場面層裂縫的防治探討

摘要：本文針對換流變廣場面層混凝土裂縫形成的規律和類型，從原材料、設計、施工等方面分析裂縫產生的原因，結合一些換流站工程的施工實踐，總結提出有針對性的防治措施。

關鍵詞：換流變廣場；混凝土；面層裂縫；防治措施

1 前言

隨著我國直流輸電技術的日益發展，國家電網公司加大了直流輸電的建設步伐，直流輸電工程成為跨區聯網建設的主力。換流站的換流變壓器由于數量多，體積龐大，附件繁多，加上換流變一般都是集中到貨、集中安裝，現場需要很大的安裝場地，即換流變廣場。目前，換流變廣場均采用混凝土澆制。以往工程中，由于設計上的不全面、混凝土材料控制方面的不嚴格及施工過程控制不到位等諸多因素，造成換流變廣場面層極易出現裂縫（圖1），影響了換流變廣場的質量和工藝觀感。本文針對換流變廣場面層混凝土裂縫形成的規律和類型，從分析裂縫產生的原因入手，提出針對性的防治措施，并在龍南500kV變電站工程實踐中應用、檢驗，以期對后續工程提供參考經驗。

2 混凝土材料造成裂縫的原因分析和防治措施

2.1 混凝土材料造成裂縫的原因分析

混凝土收縮是其固有的特性。有關資料表明，混凝土的拌和水中只有約20%的水是水泥水化所必須的，其余80%的水分都要被蒸發。而這多余水分的蒸發就是引起混凝土收縮的主要原因。當收縮產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會出現裂縫，這類裂縫通常顯示規律性。目前在大多數工程施工中，出于環保的考慮，要求使用商品混凝土，而商品混凝土由于需要泵送，收縮性更大，且越是高標號的混凝土，其收縮性就越大。

（1）水泥漿的含量高

為減少泵送對機械設備的磨損，商品混凝土供應單位所用的水泥，比一般混凝土用的水泥多，相應的砂率也大，這必然導致商品混凝土比普通混凝土的收縮性大，出現裂縫的幾率也比普通混凝土要大得多。

（2）坍落度大

一般商品混凝土的坍落度在100mm～180mm之間，有的甚至達到250mm，而普通混凝土的坍落度多在70mm～90mm之間。商品混凝土攪拌站為保證泵送的順利，施工單位為提高施工效率，加上施工人員為便于施工，都希望混凝土的坍落度保持在150mm～180mm之間。為達到大坍落度要求，必然要求增加較多的水泥用量、拌和水用量和外加劑用量。由于這三種因素的共同影響，造成商品混凝土的收縮值比普通混凝土要大得多，極易導致商品混凝土裂縫的產生。

（3）水化熱的影響

為了提高施工效率，商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大，而且又因加了外加劑，造成初期的水化速度快，產生的水化熱也較多，從而降溫時因自身約束引起的溫度應力也比普通混凝土要大得多。當混凝土抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生裂縫。這在大體積混凝土中尤為顯著，極易造成積聚于內部的水化熱不易散發的情況，形成與表面溫差較大的梯度而產生結構性的淺表裂縫。

（4）骨料粒徑的影響

為滿足泵送的要求，商品混凝土都采用粒徑較小的骨料，減少粗骨料的用量。粗骨料的粒徑往往受本地的骨料種類、泵送管道的直徑、鋼筋的最小間距、板厚及設計所需的流動度這五種條件的約束，而普通混凝土粗骨料的粒徑僅受到鋼筋最小間距和板厚這兩種條件的約束。因此，商品混凝土粗骨料的粒徑相對較小，直接導致單位水泥用量和拌和水用量比普通混凝土多。另外，因受大用水量和富漿量的影響，也會導致混凝土單位粗骨料用量的減少。在混凝土的組成材料中，由于粗骨料是制約水泥石收縮的主要成分，因此粒徑較小的粗骨料和較少的粗骨料用量對制約混凝土收縮是不利的，使得混凝土的抗拉強度降低，易出現裂縫。

（5）粗細骨料含泥量的影響

骨料的含泥量越高，混凝土的收縮性就越大，也越容易造成開裂。因為泥的出現弱化了骨料與水泥石之間的粘結面，降低了界面的粘結強度，也就降低了混凝土的抗拉強度，導致商品混凝土出現裂縫、特別是硬化過程中的早期裂縫。據有關資料統計，骨料的含泥量增加1%，混凝土的強度就會降低5%。因此，應限制骨料的含泥量。

（6）外加劑的影響

為保持良好的工作性能和可泵性，在商品混凝土生產過程中都會使用外加劑，其中大多是兼有減水、泵送、緩凝等綜合作用的高效復合外加劑。由于國內缺乏外加劑對混凝土影響的系統理論研究，所以外加劑加入如不能科學控制，就會在一些部位形成薄弱區域，并在外力的作用下產生裂縫。

2.2 混凝土材料方面防治裂縫的措施

根據混凝土收縮性的特性，對現場使用的商品混凝土采取以下控制措施：

（1）盡量減少收縮量大、需水量多的水泥使用，建議采用需水量小，與混凝土外加劑適應性好的水泥。要根據工程的實際情況，采用合適品種的水泥。

（2）在滿足可泵性及和易性的條件下，要盡可能減少混凝土的水灰比，減小坍落度。一般情況下，商品混凝土的坍落度應控制在l20mm-l60mm之間，以降低其收縮應力。

（3）選用水化熱值低的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等，以降低混凝土硬化時的收縮應力。

（4）宜優先采用連續級配的粗骨料配制混凝土，因為此級配的混凝土具有較好的和易性、較少的用水量以及較高的抗壓強度。根據工程需要，應采用合適的骨料粒徑，盡可能選用粒徑較大、級配良好的石子。因為增大骨料粒徑可減少用水量，從而減少水化熱，最終降低混凝土的收縮應力。根據有關資料，采用5mm～40mm石子比采用5mm～25mm的石子，每立方米混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比的情況下，水泥的用量可減少20kg左右。另外，粗骨料顆粒的形狀對混凝土的和易性和用水量也有較大的影響，粗骨料中的針、片狀顆粒的含量不應超過15%。細骨料也應以中、粗砂為宜，細度模數應在2.5～3.2之間。

（5）嚴格控制骨料的含泥量。商品混凝土所用粗骨料的含泥量宜控制在小于1%，砂的含泥量宜控制在小于2%，以降低混凝土的收縮，提高混凝土的抗拉強度。

（6）對外加劑應先進行有關指標的復試，合格后再使用。配制過程中的摻量更要嚴格控制，以免發生混凝土的裂縫。活性摻合料的摻量也應嚴格控制。

3 設計原因造成裂縫的分析和防治措施

3.1 設計原因造成裂縫的分析

（1）設計圖紙要求換流變廣場分兩次澆注，即分別澆制廣場基礎層和面層，但同時設計未明確給定水平施工縫的處理措施。由于新舊混凝土收縮不同，彼此約束，造成裂縫。

（2）由于流變廣場布設有大量的鋼軌，鋼軌與混凝土交接處設計未給定處理措施。鋼軌與混凝土直接接觸，但二者膨脹系數上的差異易引起裂縫。

（3）設計采用商品混凝土，但未從上設計角度充分考慮抗混凝土表面龜裂和防止混凝土收縮裂縫的措施。

（4）設計圖紙中伸縮縫的設置不合理，不同地基之間未設置脹縫。

3.2 設計方面防治裂縫的控制措施

（1）由于基層是已經澆筑完成多日的大筏板基礎，基層清理后在上面滿鋪油毛氈以隔離(圖2)，以減小新舊混凝土各自收縮膨脹的彼此約束。

（2）針對換流變廣場上鋼軌等鋼質材料存在的現狀，在鋼軌等鋼質材料與混凝土的接觸面滿刷石灰水，實現不同材料的隔離，減小相互約束。

（3）商品混凝土宜要求摻加9mm長聚丙烯混凝土抗裂纖維，防止表面龜裂的產生。同時，設計鋪設鋼筋網片的，以有效控制面層混凝土裂縫的產生。要求待混凝土刮平后，方可鋪設鋼筋網片（圖3），鋼筋網保護層厚度宜在1cm-2cm左右。

（4）廣場的切縫、留縫對防止其面層開裂有著相當重要的作用。因此，應對整個廣場的切縫、留縫按“科學合理、均勻美觀”的原則進行布設。面層砼縮縫宜采用道路切割機切6mm寬70mm深，間距4m×4m左右。在邊角無法用大切割機切割時，用手提切割機切通。為了防止廣場在不同基層處產生不均勻沉降，面層混凝土在不同基層交界處均留設脹縫。

4 施工原因造成裂縫的分析和防治措施

4.1 施工原因造成裂縫的分析

（1）混凝土終凝前未仔細收光

商品混凝土由于坍落度大，水泥漿含量高，在終凝前因表面收縮極易出現收縮裂縫，對于摻加了活性摻和料的混凝土就尤為顯著。如果在終凝前未仔細收光，則收縮裂縫不會自行閉和，導致混凝土非結構性淺表裂縫的產生。

（2）現場施工擅自加水

為提高混凝土的施工速度，施工人員擅自向混凝土中加水。現場加水增加了混凝土硬化過程中的泌水通道，將導致混凝土局部形成了軟弱層，增加了混凝土出現裂縫的可能性。

（3）養護不到位

養護一直是混凝土施工的關鍵問題，很多裂縫的產生都與混凝土養護不到位有關。混凝土澆筑后，若表面在規定的時間內未覆蓋養護或者澆水不及時，表面水分迅速蒸發，很容易產生收縮裂縫，特別是在氣溫高、濕度小、風速大的情況下，收縮裂縫更易發生。

4.2 施工過程對裂縫的防治措施

（1）廣場面層砼澆筑前，用水沖洗基層，保證基層干凈、無積水；同時根據事先劃定的澆筑區域安裝模板。

（2）必須確保恰當的振搗時間。根據商品混凝土的坍落度，合理控制振搗時間，因為振搗時間過短，混凝土不易密實；而振搗時間過長，則易形成混凝土的分層，從而造成過大的收縮應力，使混凝土出現裂縫。

（3）混凝土的布料宜均勻連續進行，嚴禁采用振動棒趕料。要確保混凝土攤鋪均勻，保證混凝土的致密性和均勻性，防止發生裂縫。

（4）澆筑大面積混凝土前應嚴格按照施工方案對施工人員進行交底，交底中要明確混凝土的初凝時間、澆筑方向、一次澆筑的方量、施工縫的留設位置以及處理辦法等，避免形成冷縫和因新、舊混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面。

（5）為消除商品混凝土的淺表收縮裂縫，應在混凝土表面終凝前的收水時，進行三次壓實收光；嚴禁在混凝土表面撒純水泥進行壓實收光，以免收縮裂縫的產生。

（6）加強現場的管理力度，防止施工人員的主觀隨意性，嚴禁施工過程中對混凝土加水。

（7）采取合理的養護措施。注意對混凝土表面的覆蓋，防止水分的大量蒸發，保持表面濕潤，降低混凝土表面的溫度、濕度梯度，同時也應保持混凝土澆水養護的時間不少于14天。我們在現場采用棉紡布覆蓋混凝土（圖4），派專人養護14天。

5 結束語

換流變廣場面層混凝土出現裂縫的原因是非常復雜的，是多種因素共同作用的結果。在工程實踐中，可以從設計優化、混凝土材料的選擇、配合比優化，加強拌制、運輸、澆筑、保溫養護等環節的控制入手，采取一系列的防治措施，并施工中多觀察、多比較、多分析、多總結，層層把關，那么一定能有效控制換流變廣場面層裂縫的產生。由于作者在技術以及經驗上的不足，對換流變廣場面層裂縫的防治這一難題在日后的工作過程中將繼續研討。

參考文獻

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