水利工程大體積混凝土抗裂技術分析

司曉娜+景潔瓊

摘 要： 水工建筑物往往以其體積龐大，所處工作環境惡劣和運營變化而對混凝土的強度變形耐久等性能的要求更加嚴格。越來越多的工程實踐表明，大體積水工混凝凝土的開裂問題，已成為影響其耐久性的主要因素之一。雖然混凝土開裂往往難以避免，但若采用切實有效的綜合防裂措施，則可有效控制其病害程度。為此，本文在充分了解大體積混凝土概況的基礎上，對水利工程大體積混凝土裂縫類型及成因進行了分析，并提出了相應的抗裂措施，以期全面提升工程質量，達到最佳抗裂效果。

關鍵詞： 水利工程；大體積混凝土；抗裂技術

一、大體積混凝土的概況

所謂大體積混凝土，是指在混凝土結構中，最小段在1米以上的混凝土結構。大體積混凝土受許多因素影響，結構斷面內布置的鋼筋比較多，結構尺寸比較大，混凝土的澆筑量也比較大。此外，混凝土也具有可塑造強、經濟適用、抗震性好、強度高等優勢。大面積的混凝土澆筑，在水化熱作用的影響下，容易產生溫度應力，進而形成裂縫。水利工程施工的項目比較多，大體積混凝土在水閘、涵洞、壩等施工項目中的應用尤為頻繁大體積混凝土施工的技術難點，主要是裂縫。水利工程大體積混凝土結構物，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中釋放的水化熱所產生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會產生較大的溫度應力和收縮應力，這將成為大體積混凝土結構出現裂縫的主要原因。

二、大體積混凝土裂縫類型及成因

1、收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中引起的收縮應力是很大的。特別是大體積混凝土結構物，如果應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產生收縮裂縫。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.就會使應力增大，所以在比較大的水工建筑物大體積混凝土施工時早就將自身收縮作為一項性能指標進行測定和考慮。

2、溫差裂縫

水泥水化熱引起的混凝土內部與混凝土表面的溫差過大。大體積混凝土結構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部不易散發.其內部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力。此時，混凝齡期較短，抗拉強度很低。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度.則會在混凝土表面產生裂縫。

三、水利工程大體積混凝土抗裂技術的應用

1、材料選擇

在配置混凝土時，要高度重視采用的水泥用量、種、水灰比的控制、摻外加劑、骨料的選擇等等。

（1）混凝土。在選擇大壩混凝土，應當優先選擇采用低含堿期強度高、初凝期長、低發熱量、塑性性能好的特制泥。C2S的水花速度慢，水化熱小，體積收縮不大，而且后期的強度高，由此可以得知C2S是比較適合的礦物，由于C3A的水化熱最大，所以其含量應適當控制。綜合因素考慮，硅酸鹽水泥熟料的化學成分的比例最好能控制在C2S十C3S≥80%，C3A≤5%，C4AF≤15%這個范圍內。水泥的使用品種最好不要選太多種類，而且將水泥運進工地時應當嚴格地進行質量檢驗，并進行相關試驗的測試。

（2）水泥。為了保持水泥的流動性、粘聚性和保水性，為了避免配制出的混凝土質量不合格，以致不能澆筑。所以在配制混凝土時，一定要盡可能地減少水泥用量和單位水泥的用水量即水灰比，最大水灰比和最小水泥用量有一定的規定。

（3）砂石骨料。在大體積混凝土中，骨料所占比例通常為該混凝土的絕對體積的80%～83%，所以應選擇體積膨脹系數小、彈性模量低、級配均勻的骨料。砂子除了砂粒的大小要滿足骨料的要求外，還要適當多加點石粉或細粉，因為石粉或細粉可以提高混凝土的密實性、工作性能、耐久性和抗裂性等。研究表明，石粉的比例一般占沙子的15%～18%。

（4）摻和料。水泥摻和料選用前，一定先要經過試驗的測定，然后再從試驗中選取符合要求的活性材料，因為這是為了避免摻用不合格的材料，防止影響混凝土的強度和壽命等性能。在混凝土中可以摻用粉煤灰，這可以提高混凝土的抗滲性、耐久性，提高混凝土的抗拉強度，可以減少混凝土的收縮和泌水性，降低了其水化熱，抑制了堿骨料間的反應，這些均有助于提高混凝土的抗裂性能。但是一定要保證粉煤灰的細度要與水泥顆粒相當，而且其含硫量和含堿量要低，所需水量比要小。混凝土中除了可以摻用粉煤灰外，添加摻合料的水泥綜合性能都很好，比如添加礦渣的礦渣硅酸鹽水泥、添加火山灰的火山灰硅酸鹽水泥等等。

（5）外加劑。為了使混凝土可以向高性能化發展，外加劑是不可或缺的重要組分，應積極使用。例如外加劑中的高效減水劑和引氣劑，將它們混合使用，可以減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料的用量，這樣不但減少了攪拌混凝土時所需的工作量，而且也提高了硬化混凝土的力學、熱學等方面的性能，還提高其耐久性等。

2、裂縫控制

（1）澆筑法

大體積結構的混凝土澆筑可分為三種澆筑法，即全面分層、分段分層和斜面分層。如果要求混凝土澆筑強度大，則采用全面分層法澆筑；如果要求的澆筑強度小，采用斜面分層法。施工中選擇澆筑法可根據結構物的形狀尺寸、搗實方法和混凝土供應能力等來進行選擇。目前常用的是斜面分層法。

（2）混凝土的搗實

混凝土的搗實過程就是把澆筑入模的混凝土澆灌過程進行振搗的過程，這樣可以提高混凝土的密實度。因為振搗可以排出氣泡，使混凝土中各物料更加均勻地混合，得到最大的密實度。對于體積較大的混凝土為了更好地抗裂，最好進行兩次振搗技術。

（3）控制混凝土初始溫度

①限制出料口溫度。當外界氣溫較高時，必須采取人工降溫措施。如用冷水噴淋骨料，用涼風冷卻骨料等。

②在壩體混凝土內預埋冷水管，進行冷卻。

（4）拆模

混凝土盡量晚拆模，拆模后要保證混凝土表面溫度下降不能超過15℃，而且現場試塊強度不能低于C5。

3、混凝土補強處理

（1）灌漿處理。灌漿是處理混凝土裂縫的有效方法。一定要在需要補強灌漿的混凝土上鉆孔灌漿。

（2）結構補強。結構處理有多種方法，一種是小豐滿補強時所采用的鋼筋錨栓。另一種則是待壩體穩定后順著裂縫面挖大約1m寬的槽，緊接著回填優質的混凝土，此法盡管施工較為繁雜，但也許是當前有效性最好的一大措施。

（3）挖除后重新回填。事實上，像澆筑事故、裂縫、混凝土強度不夠等情況比比皆是，它的影響很繁雜，此時通常水泥灌漿要想收到預期效果有著相當高的難度，更有甚者就算是采用一些結構補強措施也無濟于事。為此，我們可依據實情試著去將其挖除之后再重新回填，在回填過程中唯有對溫度應力與施工質量進行嚴格的控制，才有可能使得新老混凝土結合好。

四、結束語

綜上所述，隨著水利工程施工技術的不斷發展進步，大體積混凝土施工技術在水利工程施工建設中得到了廣泛的應用。由于大體積混凝土施工工藝復雜，容易出現裂縫而且施工質量影響因素較多，因此已經成為水利工程的整體施工質量控制的關鍵內容。為此，必須在充分了解水利工程大體積混凝土裂縫原因的同時，做好抗裂施工措施，科學選取抗裂施工技術，不斷提升技術水平，才能最終達到工程質量提升的目的。■

參考文獻

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