某洞室襯砌工程混凝土裂縫控制技術的應用探析

【摘 要】裂縫是混凝土建筑物主要的老化病害之一，主要由干縮、混凝土自身質量、水泥水化熱、溫度、鋼筋銹蝕、地基變形、荷載、堿骨料反應、地基凍脹等原因引起。

【關鍵詞】混凝土裂縫；洞室襯砌

裂縫是混凝土建筑物主要的老化病害之一，主要由干縮、混凝土自身質量、水泥水化熱、溫度、鋼筋銹蝕、地基變形、荷載、堿骨料反應、地基凍脹等原因引起。

某工程洞室襯砌工程混凝土的設計指標為C20P8F100。施工條件：泵送，洞外拌和，洞內澆筑，洞內恒溫17～18℃.為控制裂縫的產生，施工中采取了以下措施。

1. 控制干縮裂縫

混凝土的干縮裂縫主要是由于毛細管壓力造成的。毛細管孔隙在干燥過程中逐步失水，產生很大的毛細管張力，混凝土體積產生收縮，由于混凝土周圍存在約束，內部又有拉應力，當拉應力超過混凝土材料抗拉強度時，便產生了干縮裂縫。

干縮裂縫的控制方法有：

1.1 降低混凝土單位用水量。用水量的增加勢必使剩余水增加，因此，從確保混凝土耐久性出發，應降低混凝土單位用水量。

1.2 水泥的影響。不同水泥，混凝土收縮也不同，按收縮值大小排序：礦渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥。

1.3 降低混凝土周圍約束。若混凝土周圍約束過大，內部拉應力無法釋放，拉應力增大而使混凝土干裂，因此，應減少混凝土的分倉長度，以使混凝土內部拉應力能夠充分釋放。

1.4 添加膨脹劑。適量添加膨脹劑后可以使混凝土體積膨脹，在混凝土內部產生壓應力，部分抵消了混凝土因毛細孔隙干燥而產生的拉應力，從而起到控制干縮裂縫的作用。

本工程在控制混凝土干縮裂縫方面采用了上述1～3項方法。其中單位用水量為182Kg，采用普通425＃水泥，澆筑中摻用粉煤灰，分段澆筑長度在10m左右。

2. 控制混凝土因自身質量欠缺而形成的裂縫

高強混凝土水泥的強度等級和水泥用量相對較高，開裂現象比較普遍，因此，高強混凝土不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土因具有較高的體積穩定性，收縮變形較小而使抗裂性能大大提高，同時高強混凝土必須采用高效減水劑和超細活性摻和料作為混凝土的第五和第六部分，來提高混凝土的密實性和抗滲能力。因本工程采用泵送施工工藝，要求的坍落度和水泥用量均較大，必須用摻加外加劑的方法來達到既減水又不使混凝土坍落度損失過大的目的，以及添加超細活性摻和料來達到降低水化熱、改善與提高混凝土性能和節約水泥的目的。

因混凝土中摻加粉煤灰技術在我省水利行業尚處于探索階段，固替代量并不很大，只有15%，但根據有關資料，混凝土中單方水泥用量每增減10Kg，水化熱相應升降1～1.2℃，即因本工程中摻用粉煤灰而使混凝土內部溫度下降了約5.5～6.5℃，從一定程度上控制了裂縫的產生。

3. 控制水化熱開裂

水泥水化后放出大量的熱量，使混凝土內外形成較大的溫差，從而在溫度應力的作用下形成裂縫。特別是在夏季施工，中午氣溫一般在攝氏37℃，露天存放的石子表面溫度可達攝氏50℃，混凝土出機口溫度在攝氏30℃左右，混凝土水化后內部溫度更高。為控制混凝土水化開裂，施工中采用了以下措施。

3.1 骨料降溫。骨料的溫度控制主要通過搭蓋涼棚和灑水降溫來進行。搭蓋涼棚可避免太陽光直射，減少骨料吸熱，澆筑前2～3小時再用井水（約17℃）對粗骨料進行充分的灑水降溫。采取以上方法降溫后，澆筑前粗骨料內部溫度約為24℃，細骨料內部溫度約為26℃，降溫效果比較明顯。

3.2 加冰降溫。在混凝土澆筑前購入冰塊，砸成粒徑約3cm的小塊加入混凝土生料中，充分拌合后量取出機口溫度，根據出機口溫度來確定加冰量。實際工作中，出機口的控制溫度為18℃，混凝土單方用冰量在60Kg左右。因冰塊破碎工作量較大，粒徑也很難控制，加入冰塊后還需延長拌和時間，降低了混凝土澆筑速度，為克服該問題，實際工作中多采用拌和水降溫的方法，即把冰塊稍加破碎后放入拌和水池中來降低水溫。用此方法，通常能夠把拌和用水的溫度降至攝氏3～7℃左右。

3.3 夜間澆筑。白天氣溫較高，即使采用多種降溫措施也很難保證混凝土的入倉溫度，而夜間澆筑——特別是后夜澆筑，氣溫相對較低，采取溫控措施后，比較容易控制混凝土的入倉溫度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天進行，而把混凝土澆筑安排在夜間進行。

通過以上溫控措施，使南岸引水口洞室襯砌工程夏季混凝土出機口溫度控制在18℃以內，入倉溫度控制在28℃以下，有效地控制了溫度裂縫的產生。

4. 混凝土養護

由于采用普通硅酸鹽水泥和泵送施工工藝，混凝土早期水化熱較大。經量測，一般在澆筑后24h左右，內部溫度即達到最大值（約33℃），而此時因規范要求鋼模板尚不能拆除，還不能直接進行表面灑水降溫，為降低混凝土溫度，除盡量降低水灰比外，在澆筑完畢后18h即開始對鋼模板表面進行不間斷的灑水降溫，拆模后對混凝土表面進行全天候養護至14天，此時洞室襯砌后的混凝土內部溫度已降至18℃.通過拆模前是否對鋼模板表面灑水降溫的對比觀察，采取對鋼模板表面灑水降溫的，明顯比未對鋼模板表面灑水降溫的混凝土產生裂縫少的多，因此，混凝土養護應從模板面的灑水降溫開始。

5. 控制鋼筋銹蝕引起的裂縫

鋼筋銹蝕后體積膨脹2～4倍，對周邊混凝土產生壓力，可能產生順筋裂縫，甚至脫落，從而影響建筑物的使用。而鋼筋銹蝕多為氣蝕、電離引起。因此，本工程自一開始就注意了鋼筋的銹蝕問題，并從以下幾個方面對鋼筋銹蝕加以控制的。

5.1 鋼筋出廠時，其表面有一層致密的氧化薄膜，可以對鋼筋起到一定的保護作用，但該薄膜遇水或受潮后因水的微酸性而脫落，使鋼筋酸性氧化而銹蝕。因此，鋼筋原材料和加工后的半成品均應作防潮處理。具體的做法是架空放置和上蓋防水雨布。

5.2 鋼筋安裝前表面清潔處理。鋼筋安裝前，其表面必須潔凈、無污物，對已發生銹蝕的部位，必須用鋼絲刷和砂布打磨干凈，以保證鋼筋與混凝土的有效結合，同時也可防止因電離而發生銹蝕。

5.3 降低混凝土水灰比和增加混凝土和易性。

5.4 加強振搗，提高混凝土致密性，減小混凝土炭化速度，使鋼筋有足夠長的時間不接觸空氣。

6. 控制洞室周邊圍巖的變形

為防止洞室Ⅳ類圍巖區的圍巖變形對洞室襯砌混凝土的影響而使之產生裂縫，在洞室開挖支護階段就已對Ⅳ類圍巖區進行了錨桿支護，錨桿布置型式為梅花狀，直20mm，長3m，間排距1.251×1.25m；混凝土襯砌后，對周邊圍巖進行固結灌漿。為保證錨桿和固結灌漿的施工質量，還要對錨桿進行抗拔力試驗，對固結灌漿進行壓水和超聲波檢查試驗。

通過采取以上措施，該工程洞室襯砌工程混凝土裂縫現象基本得到了控制，取得了良好的效果。