水利工程中閘墩混凝土防裂措施探討

李陸明

水利工程中的墩混凝土體積一般都比較大，屬于大體積混凝土，而作為脆性材料的混凝土抗拉強度較低，一旦受內(nèi)外部因素影響，產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其抗拉強度，就會出現(xiàn)裂縫。閘墩混凝土裂縫不僅破壞了閘墩結(jié)構(gòu)的整體性，也影響了建筑物的耐久性和安全性。

一、混凝土裂縫種類及成因分析

混凝土裂縫通常分為收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫。

1.收縮裂縫

收縮裂縫多在新澆筑的混凝土暴露于空氣中的上表面出現(xiàn)，混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生收縮，收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強度，就出現(xiàn)裂縫。收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細、長短不一、互不連貫狀態(tài)，較短的裂縫一般長20～30cm，較長的裂縫可達 2～3m，寬1～5mm。

此類裂縫產(chǎn)生的主要原因為：混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很低，或者混凝土剛剛終凝而強度很低時，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產(chǎn)生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度等等。

2.沉降裂縫

沉降裂縫的產(chǎn)生是由于基礎(chǔ)土質(zhì)不勻、松軟或浸水而造成不均勻沉降所致。此類裂縫多為深層或貫穿性裂縫，裂縫呈梭形，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°～45°方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度0.3～0.4mm，受溫度變化的影響較小。基礎(chǔ)變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

3.溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面，主要由于混凝土內(nèi)外溫差造成。混凝土澆筑后，在硬化過程中水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝士表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯。長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊，深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一。受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯，此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

混凝土裂縫的產(chǎn)生既與其自身因素有關(guān)，也跟外部環(huán)境有關(guān)。自身因素主要是混凝土澆筑初期水泥在混凝土硬化過程中釋放大量水化熱，不斷提升內(nèi)部溫度，使得拉應(yīng)力在混凝土表面產(chǎn)生；在后期降溫過程中，其他部分的約束使得混凝土內(nèi)部又產(chǎn)生拉應(yīng)力。另外混凝土原材料質(zhì)量差、拌合不均勻、水灰比偏大、離析等原因造成同一塊混凝土中的抗拉強度也存在差異，更降低了混凝土的抗拉能力。外部環(huán)境因素主要是混凝土基礎(chǔ)變形、混凝土模板變形、氣溫突變、大風(fēng)等。

二、混凝土防裂措施

1.配合比設(shè)計及優(yōu)化

配合比的設(shè)計首先要滿足強度等級、混凝土性能等基本要求，在此基礎(chǔ)上通過雙摻優(yōu)化，即通過試配摻加適量的粉煤灰和減水劑，可改善拌和物的和易性，降低水灰比，以達到減少水泥用量，降低混凝土水化熱總量，減小混凝土內(nèi)部溫度變化，實現(xiàn)混凝土防裂的目的。

2.混凝土原材料選擇與控制

（1）水泥

水泥必須采用符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，且低堿低熱，不應(yīng)使用溫度大于60℃的水泥拌制混凝土。

（2）骨料

粗骨料應(yīng)采用二級或多級級配，細骨料采用河砂（中粗砂），控制骨料中的含泥量和堿含量。若骨料中含泥量偏多，不僅增加混凝土的收縮變形，而且降低混凝土的抗拉強度。骨料不宜直接露天堆放、暴曬，宜分級堆放，堆場上方宜設(shè)罩棚。

（3）外加劑

減水劑應(yīng)采用高性能減水劑，粉煤灰應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596的規(guī)定，級別不應(yīng)低于二級，最好為一級，堿含量也應(yīng)控制。

3.混凝土拌合及施工配合比控制

在混凝土拌制時，各種原材料的計量要準(zhǔn)確，用量不得隨意改動，如砂石骨料含水率發(fā)生變化，確需調(diào)整用量，要經(jīng)過檢測計算并征得相應(yīng)負責(zé)人同意。由于摻加了減水劑和粉煤灰，要按照規(guī)范規(guī)定延長混凝土拌合時間。

4.混凝土澆筑分倉的選擇

混凝土閘墩通常分為閘墩底板和閘墩墩身兩部分，澆筑閘墩底板時架設(shè)1.2m高的懸空閘墩墩身模板，使1.2m高的閘墩墩身混凝土與閘墩底板混凝土同時澆筑，并將上部剩余閘墩墩身混凝土限定在15d內(nèi)完成澆筑，以減少底部先澆混凝土與上部后澆混凝土之間的約束，達到閘墩混凝土防裂的目的。

5.混凝土入倉溫度、澆筑層厚的控制

混凝土入倉溫度不超過18℃，澆筑層厚45cm，準(zhǔn)確計算澆筑強度，混凝土運輸、澆筑及間歇的全部時間不應(yīng)超過混凝土的初凝時間，以保證混凝土澆筑的連續(xù)性和混凝土成品質(zhì)量。

6.混凝土振搗的控制

合理振搗，不過振、不欠振、不漏振，使粗骨料排列均勻，使膠凝材料包裹好骨料，并排出混凝土中的空氣。過振會造成石子下沉水泥漿上浮過多，影響表面強度。每一層澆筑的混凝土必須在下層混凝土初凝前振搗結(jié)束。上層混凝土振搗時，振搗棒必須插入下層50mm左右，進行加深振搗。進行二次振搗時，以澆筑混凝土初凝前20min內(nèi)為宜，以振搗棒拔出后混凝土孔可以自行閉合，不留痕跡為宜。采取二次振搗工藝，可以提高混凝土的密實度和抗拉強度，減少混凝土收縮變形。

7.混凝土的溫度控制

混凝土的溫控目的就是降低溫度應(yīng)力，減輕溫度應(yīng)力給混凝土帶來的危害。通常是通過內(nèi)部降溫外部保溫來實現(xiàn)，一般情況下，溫控指標(biāo)宜不大于下列數(shù)值：混凝土澆筑體在入倉溫度基礎(chǔ)上的溫升值為40℃；混凝土澆筑體的內(nèi)外溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）為25℃；混凝土澆筑體的降溫速率為2.0℃/d；混凝土澆筑體表面與大氣溫差為20℃。

有條件的情況下宜在閘墩混凝土施工前，對混凝土澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進行計算，確定混凝土澆筑體的溫升峰值，內(nèi)外溫差及降溫速率的控制指標(biāo)，制定相應(yīng)的溫控的技術(shù)措施。

混凝土內(nèi)部降溫一般采取水管冷卻，即在澆筑閘墩混凝土?xí)r將用做冷卻水管的鋼管提前預(yù)埋到混凝土內(nèi)部，預(yù)埋的水管既有水平向的也有豎直向的，均衡分布，通水冷卻時水流方向也變換，以使混凝土內(nèi)部溫度均勻降低。水管應(yīng)根據(jù)不同情況適時開始通水，以降低水化熱溫升。當(dāng)混凝土澆筑溫度高于冷卻水溫時，應(yīng)盡可能早地進行通水冷卻，即先通水后澆混凝土；當(dāng)混凝土澆筑溫度低于冷卻水溫時，應(yīng)等水管周邊混凝土溫升至冷卻水溫時才開始通水，即先澆混凝土后通水。水管應(yīng)連續(xù)通水，當(dāng)混凝土溫度滿足溫控要求時停水，但如停水后溫度又發(fā)生明顯回升時，可以再次通水，抑制溫度反彈。

混凝土外部保溫主要是通過覆蓋實現(xiàn)。常用方法有：控制拆模時間，利用模板來保溫；氣溫低時在模板外部增加保溫板；拆模后混凝土表面覆蓋毛氈、塑料布、草簾、保溫板等；搭設(shè)暖棚，形成人工小氣候。

三、結(jié)語

水利工程中閘墩混凝土裂縫危害大，施工中采取一系列防裂措施可以防止裂縫出現(xiàn)，也是行之有效的■