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）

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，大體積混凝土會產生收縮裂縫，產生裂縫的原因很多，如：受內外溫度差和外部約束的影響，大體積混凝土結構產生溫度應力和應變，此種應力與應變如果超過混凝土結構的承受極限，就會產生溫度裂縫。筆者結合多年工作經驗，分析了大體積混凝土產生裂縫的原因，并結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，兼顧發電、養殖、城市供水等綜合利用的大型水利樞紐，修建于20世紀50年代，防洪標準偏低。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，共4孔，每孔凈寬12m；溢流堰設計采用金包銀的結構形式。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，每孔底板中部設置一道伸縮縫。

2　大體積混凝土裂縫

2.1大體積混凝土產生裂縫的原因

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。混凝土產生裂縫的原因有許多種，實踐證明，大體積混凝土產生裂縫的主要原因為溫度裂縫。引起溫度裂縫產生的原因有多種，如：水泥水化熱、混凝土環境與澆筑溫度、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過程中，要散發大量的水化熱，散發較慢，澆筑后期，混凝土內部溫度急劇上升會引起混凝土結構因高溫膨脹而變形，此時，混凝土彈性模量還很小，基礎約束產生較小壓應力。待達到最高溫度以后，隨著熱量向外部介質散發，溫度將由最高溫度降至一全穩定溫度或冷穩定溫度場，將產生一個溫差。如果澆筑溫度大于穩定溫度，該溫差更大。這時，混凝土因為降溫，將發生體積收縮，進而為產生裂縫形成了初因。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，在內外溫度變化的條件下，就容易產生溫度裂縫。

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、大壩底部等關鍵部位采用大體積混凝土進行澆筑，一旦混凝土表層產生裂縫，如不及時修補，首先，會降低混凝土結構的耐久性，并引起滲漏；其次，裂縫還會對整個水利工程結構產生安全隱。嚴重話還會形成潰壩，威脅著當地人民的生命和財產安全。

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都比較小的灰巖骨料；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冷；⑤采用冷卻水拌制混凝土；⑥嚴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在混凝土內埋設冷卻水管；⑨在適當部位設置混凝土施工縫、膨脹帶或后澆帶；⑩在混凝土表面上粘貼保溫材料，防止混凝土內外溫差過大而產生裂縫。

3.2計劃采用的溫控防裂措施

根據混凝土裂縫產生機理分析，為避免混凝土產生裂縫，應通過各種措施降低水化熱，進而降低混凝土內部發熱量，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，再通過其他技術和施工措施以減少大體積混凝土產生裂縫的機率。

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生。但由于現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生裂縫。

3.2.1施工措施

搭設全封閉砂石料儲料倉，避免陽光照射，高溫季節降低倉內骨料溫度；平時盡量多備料，并攏堆，以便材料內部熱量能夠充分散發。降低拌和水溫度，計劃采用冷卻能力6m3/h的制冷機生產拌和用水（在扣除了砂石骨料中含水量的情況下，能供應的混凝土生產能力約為60m3/h）；冬季施工時，用溫水拌制混凝土，提高混凝土澆筑溫度，確保混凝土澆筑過程中不結冰，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，便于內部混凝土水化熱散發，避免混凝土內外溫差過大產生裂縫。

進水塔計劃采用普通鋼模板，混凝土每次澆筑厚度約3.00m，便于內部混凝土水化熱散發，避免混凝土內、外溫差過大產生裂縫；盡量避免高溫時段澆筑混凝土，充分利用低溫季節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，溫控標準較嚴格，因此底板混凝土安排在低溫季節進行澆筑。

3.2.2技術措施

3.2.2.1采用灰巖骨料，減少收縮量

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

摻加粉煤灰優化配合比，降低發熱材料（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采用三級配常態混凝土

采用三級配常態混凝土時，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

在混凝土內埋設水平間距1.50m，垂直間距1.50m的冷卻水管，用向預埋在混凝土中的冷卻水管的方法進行冷卻，使混凝土內部熱量及時散失。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之前通水流量≥2.00m3/h；混凝土最高溫度出現之后，通水溫度與混凝土最高溫度之差控制在250℃以內，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調換一次。

4　結語

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生溫度應力，當溫度應力大于混凝土自身抗拉強度時而產生的。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力，減少裂縫產生的措施是切實可行的。

（責任編輯：趙鑫）

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2016-06-15