水利工程大體積混凝土抗裂技術(shù)分析

曹二杰+王書(shū)果

摘 要： 大體積混凝土因其高強(qiáng)度、高抗震性能、經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)勢(shì)，在水利工程施工中得到了廣泛應(yīng)用。大體積混凝土施工技術(shù)，對(duì)水利工程整體質(zhì)量有直接影響。而大體積混凝土的施工組織和施工技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，施工難度也比較大。尤其是抗裂施工，要求施工單位必須加強(qiáng)對(duì)大體積混凝土的管理和監(jiān)控，有效防止裂縫，全面提高施工質(zhì)量。

一、大體積混凝土的概況

所謂大體積混凝土，是指在混凝土結(jié)構(gòu)中，最小段在1米以上的混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土受許多因素影響，結(jié)構(gòu)斷面內(nèi)布置的鋼筋比較多，結(jié)構(gòu)尺寸比較大，混凝土的澆筑量也比較大。此外，混凝土也具有可塑造強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)適用、抗震性好、強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)。大面積的混凝土澆筑，在水化熱作用的影響下，容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)而形成裂縫。水利工程施工的項(xiàng)目比較多，大體積混凝土在水閘、涵洞、壩等施工項(xiàng)目中的應(yīng)用尤為頻繁大體積混凝土施工的技術(shù)難點(diǎn)，主要是裂縫。水利工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，由于其截面尺寸較大，一般由外荷載引起裂縫的可能性很小 但由于水泥在水化反應(yīng)中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，這將成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因。

二、大體積混凝土裂縫成因

1、收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過(guò)程中引起的收縮應(yīng)力是很大的。特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，如果應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。在大體積混凝土中，即使水灰比不低，自身收縮量值也不大的情況下，但在與溫度收縮疊加到一起時(shí).就會(huì)使應(yīng)力增大，所以在比較大的水工建筑物大體積混凝土施工時(shí)早就將自身收縮作為一項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和考慮。

2、溫差裂縫

水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部與混凝土表面的溫差過(guò)大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑.澆筑后。由于體積大水泥因水化引起水化熱聚集在內(nèi)部不易散發(fā).其內(nèi)部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)，混凝齡期較短，抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度.則會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

三、水利工程大體積混凝土抗裂施工要點(diǎn)分析

1、對(duì)溫差裂縫的預(yù)防

由于溫差造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，主要是因?yàn)樗畾饣饔孟拢Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部溫度出現(xiàn)差異過(guò)大造成的，引起水汽熱現(xiàn)象的主要原因是水與水泥的配置標(biāo)準(zhǔn)、外加劑及攙和劑的選擇以及單位用水量等，還有就是對(duì)施工過(guò)程中的控制。所以，對(duì)施工技術(shù)的控制也避免大體積混凝土構(gòu)造出現(xiàn)裂縫的有效辦法，在實(shí)際工作中應(yīng)該加以注意。

（1）澆筑厚度與速度的控制

澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)的方案一般可分為三類：全面分層、分段分層和斜面分層。對(duì)混凝土澆筑強(qiáng)度要求較大的是全面分層法，要求最小的是斜面分層法，在工程施工中，可以根據(jù)具體的搗實(shí)方法、尺寸與混凝土的供應(yīng)能力來(lái)選擇具體的澆筑方案，現(xiàn)在最常用的方法主要是斜面分層法。

（2）密實(shí)度的控制

為了使入模的混凝土成型和增加其密實(shí)度，就要對(duì)混凝土進(jìn)行搗實(shí)作業(yè)。在混凝土進(jìn)入到模內(nèi)后，應(yīng)該立刻進(jìn)行充分的振搗，使模板的每個(gè)角落都充滿混凝土，并使氣體在振搗的過(guò)程中排出，這樣混凝土的密實(shí)度就大大提高，體積較大的混凝土構(gòu)造最好進(jìn)行多次振搗技術(shù)，振搗次數(shù)越多，混凝土的強(qiáng)度就會(huì)越大，其抗裂縫的性能也就越強(qiáng)。

（3）初始溫度的控制

對(duì)混凝土拌合物及出料口的溫度進(jìn)行控制。如果施工所在的季節(jié)性溫度較高，那么出機(jī)口的混凝土拌和物的溫度也會(huì)比較高，這種情況下要人工進(jìn)行降溫。例如用冷水噴淋預(yù)冷骨料或一次、二次風(fēng)冷骨料，加冰片或冷水扳指混凝土等。當(dāng)然還可以在壩體混凝土內(nèi)部提前埋設(shè)冷水管，然后進(jìn)行通水冷卻。

（4）拆模時(shí)間控制

拆模的時(shí)間也很重要，一般越晚越好，在模拆掉之后，要保持混凝土的表面溫度在應(yīng)15℃以上，混凝土的現(xiàn)場(chǎng)試塊強(qiáng)度不低于C5。

2、對(duì)收縮裂縫的防治

防治收縮裂縫的產(chǎn)生主要從混凝土結(jié)構(gòu)的原材料入手，因此對(duì)水泥的種類、水泥的用量及水灰比的控制，摻合料、骨料、外加劑等原材料的選擇，對(duì)于防治裂縫都是較為重要的。

（1）水泥的選用

水利工程中，大壩的建設(shè)屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，因此為了防止裂縫的產(chǎn)生，在混凝土的選用上要選擇初期強(qiáng)度高、塑性性能好、低含堿量、低發(fā)熱量、初凝期長(zhǎng)的專門(mén)為在大壩施工中使用的特制水泥。普通硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分。

礦物C2S 是比較適合的，要嚴(yán)格控制C3A 的含量。對(duì)其化學(xué)成份最好能控制到C2S十C3S≥80%、C3A ≤5%、C4AF≤15%。還有就是水泥的品種并不是越多越好，不宜過(guò)多，進(jìn)入工地后也要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)合格后才能應(yīng)用到工程中，此外還需要對(duì)混凝土的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，一旦不達(dá)標(biāo)，絕對(duì)不能用于施工。

（2）水灰比及水泥用量

混凝土的配置，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，減少單位用水量，水泥用量也不宜過(guò)多，要保證水泥的流動(dòng)性和保水性，確保所配置出的混凝土都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，防止不合格混凝土的出現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)配置的混凝土不達(dá)標(biāo)，堅(jiān)決不能用于澆筑。因此對(duì)混凝土配置中的最小水泥用量和最大水灰比可以按照表2 中的規(guī)定來(lái)進(jìn)行配置。

（3）砂石骨料

在大體積混凝土中骨料占的比例比較大，可以達(dá)到混凝土絕對(duì)體積的80% -83%，所以在對(duì)骨料進(jìn)行選擇時(shí)，要選擇那些巖石彈模較低、膨脹系數(shù)較小、級(jí)配良好、表面清潔無(wú)弱包裹層的骨料細(xì)粉含量，只有選用這些質(zhì)地較好的骨料才能保證混凝土的工作性能，不僅能提高混凝土的密實(shí)性和耐久性，更重要的是混凝土的抗裂性能也會(huì)大大的提高。根據(jù)研究表明，砂子中石粉的比例在15%-18%之間時(shí)為最佳配比。

（4）摻和料

為了增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和壽命，在水泥摻合料的選擇上，要采用經(jīng)過(guò)測(cè)試的達(dá)標(biāo)的活性材料，否則會(huì)影響到混凝土的使用壽命，其強(qiáng)度也會(huì)下降。粉煤灰的含堿量和含硫量低，需水量小，都可以摻合在混凝土中進(jìn)行施工使用。粉煤灰摻合進(jìn)混凝土中后，可以將混凝土的耐久性和抗?jié)B性大大提高，還可以降低混凝土的收縮量，膠凝材料體系的水化熱也會(huì)大大減少，混凝土抗拉強(qiáng)度隨之也會(huì)大大增加，抑制了堿骨料的反應(yīng)造成大體積混凝土構(gòu)造出現(xiàn)裂縫的幾率。此類好處全部都可以大大提高混凝土的抗裂性，當(dāng)然，并不是只有這一類摻合料比較好用，還有其它的，諸如：礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥等在施工中也是經(jīng)常使用的，其質(zhì)量也是比較好的。

（5）外加劑

混凝土的攪拌中添加高效減水劑和引氣劑，進(jìn)行復(fù)合使用，在大體積混凝土的單位用水量和膠凝材料用量上大大降低，提高了新拌混凝土的工作強(qiáng)度，混凝土在硬化后的耐久性、大大提高，熱學(xué)、力學(xué)及變形等主要性能都起到重要的和關(guān)鍵的作用，混凝土的高效性能的發(fā)揮離不開(kāi)外加劑的使用，外加劑成為增加混凝土關(guān)鍵性能的重要組成部分，應(yīng)該得到積極的使用。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)大體積混凝土的裂縫問(wèn)題，應(yīng)從混凝土選料、配置及施工過(guò)程中逐步控制，是可以預(yù)防的。在操作中一定要把好各個(gè)過(guò)程關(guān).遵循規(guī)范化，才能提升水利工程大體積混凝土質(zhì)量?！?/p>

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