大體積混凝土抗裂技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用

河南新黃水電工程有限公司 張瑞芳 魏武強

大體積混凝土抗裂技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用

河南新黃水電工程有限公司 張瑞芳 魏武強

在水利工程中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)界面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小。但是，對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)來說，水泥在水化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量很大，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力；在一定條件下會使大體積混凝土結(jié)構(gòu)從內(nèi)部產(chǎn)生裂縫。本文，筆者主要分析了水利工程中大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因，并提出了相應(yīng)的控制措施，以確保大體積混凝土水工建筑物的施工質(zhì)量。

一、水利工程中大體積混凝土裂縫成因分析

1.收縮裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)（特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)）在散熱和硬化過程中會產(chǎn)生巨大的收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過當(dāng)時混凝土的極限抗拉強度時，混凝土結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生裂縫。對于大體積混凝土水工建筑物來說，在大體積混凝土中，即使水灰比、自身收縮量值不大，但與溫度收縮疊加到一起時，就會產(chǎn)生很大的應(yīng)力。因此，在施工過程中應(yīng)將自身收縮作為一項性能指標(biāo)進行測定，便于將收縮應(yīng)力控制在合適范圍內(nèi)。

2.溫差裂縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一次性整體澆筑后，水泥水化產(chǎn)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，不易散發(fā)，使得內(nèi)部溫度顯著升高，并產(chǎn)生壓應(yīng)力；而結(jié)構(gòu)表面卻散熱較快，會產(chǎn)生拉應(yīng)力，同時也形成較大的溫度差。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過混凝土內(nèi)部的極限抗拉強度時，就會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

3.安定性裂縫。安定性裂縫是指因水泥安定性不合格而引起的裂縫，主要表現(xiàn)為龜裂。

二、裂縫控制措施

1.收縮裂縫控制措施。為防止收縮裂縫，在混凝土配置過程中應(yīng)選用合適的水泥、骨料、摻和料和外加劑，并合理確定水灰比，保證混凝土施工質(zhì)量。

（1）水泥。水泥供應(yīng)品種不宜過多過雜，將水泥送入工地后應(yīng)嚴(yán)格檢驗，并進行混凝土試驗。大壩混凝土應(yīng)選用低發(fā)熱量、低含堿期、高強度、塑性性能好、初凝期長的特制水泥。

（2）水泥用量及水灰比。在混凝土配制時，盡量減少水泥用量及單位用水量，但又不能失掉水泥的流動性、黏聚性和保水性，以免配制出的混凝土不合格，不能澆筑。

（3）骨料、砂石。通常，骨料在大體積混凝土中所占的的比例為混凝土絕對體積的80%～83%，在選擇骨料時，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。為提高混凝土的工作性、密實性、耐久性和抗裂性，砂石選擇在滿足骨料要求的條件下，還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)放寬石粉或細(xì)粉含量。研究表明，砂子中石粉最適宜比例為15%～18%。

（4）摻和料。為保證混凝土的強度和壽命，水泥摻和料應(yīng)當(dāng)采用經(jīng)過試驗的、符合要求的活性材料。粉煤灰細(xì)度與水泥顆粒相當(dāng)，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，摻用粉煤灰主要是為了提高體改混凝土的抗裂性能。

（5）外加劑。外加劑是混凝土向高性能化發(fā)展的不可或缺的重要組成部分，可以提高硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)性能，改善新拌混凝土的工作度。

2.溫差裂縫控制措施。既要考慮混凝土配置上的因素，又要重視施工技術(shù)。主要控制措施如下。

（1）降低澆筑速度、減小澆筑層厚度。大體積混凝土結(jié)構(gòu)有全面分層、分段分層和斜面分層3種，在施工中應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的具體尺寸、搗實方法和混凝土供應(yīng)能力等實際情況，選擇合適的澆筑方案。

（2）加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。為確?；炷涟韬臀铽@得最大的密實度和均勻性，混凝土澆筑入模后應(yīng)立即進行充分地振搗，體積較大的混凝土可以采用兩次振搗技術(shù)。

（3）采用綜合措施，控制混凝土初始溫度。為控制混凝土的初始溫度，應(yīng)限制混凝土拌和物的出料口溫度；在壩體混凝土內(nèi)預(yù)埋冷水管，進行一、二期通水冷卻。

（4）拆模時間的控制。混凝土的現(xiàn)場試塊強度應(yīng)滿足設(shè)計要求（通常不低于C5），混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度下降不應(yīng)超過15℃。

3.安定性裂縫控制措施。混凝土配料時應(yīng)嚴(yán)格檢查其成分，避免因水泥安定性不合格導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質(zhì)量事故。

三、混凝土的補強處理

在采用上述措施處理之后，有些裂縫仍無法消除，那么在需要的情況下就可以進行補強處理。

1.灌漿處理。補強灌漿是處理混凝土裂縫的有效措施。灌漿孔布置采用逐步加密的方法，即在需要補強灌漿的混凝土上鉆孔灌漿。

2.結(jié)構(gòu)補強。當(dāng)混凝土大壩出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合結(jié)構(gòu)處理。常用的結(jié)構(gòu)補強措施有兩種，一種是小豐滿補強時所采用的鋼筋錨栓，另一種是在壩體達到穩(wěn)定以后，沿裂縫面挖槽，槽寬1 m左右，并在兩面鑿成鍵槽形狀，然后回填質(zhì)量優(yōu)良的混凝土，這種處理措施是最有效的。

3.挖除后重新回填。當(dāng)部位裂縫、澆筑事故、混凝土強度不足等情況發(fā)生時，而采用一般水泥灌漿很難收到預(yù)期效果甚至采取結(jié)構(gòu)補強措施也難以做到完全有效時，應(yīng)該考慮挖除后重新回填。

綜上，在水利工程施工中，嚴(yán)格控制混凝土施工過程，混凝土選料、配置及施工過程應(yīng)遵循相關(guān)的規(guī)范，確保混凝土水工建筑物的施工質(zhì)量。