混凝土溫度裂縫控制技術(shù)

馮秀明

摘要：大體積混凝土澆筑過(guò)程中，由于混凝土水化熱不能很快散失，在環(huán)境溫度影響下塊體內(nèi)溫度隨時(shí)間不斷變化，熱脹冷縮的變化過(guò)程將在塊體約束條件下產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)其應(yīng)力超過(guò)混凝土應(yīng)力極限時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，從而影響壩體安全。所以，研究混凝土內(nèi)部溫度，使壩體裂縫得到很好控制意義重大。

[關(guān)鍵詞] 溫度裂縫 控制

中圖分類(lèi)號(hào)： TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

概況

薛城水電站位于阿壩藏族羌族自治州理縣境內(nèi)的雜谷腦河上，工程樞紐由首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地面廠房等建筑物組成，該工程為單一發(fā)電工程，無(wú)其它綜合利用要求。首部樞紐建筑物從右至左依次為取水口、一孔排污閘、一孔沖沙閘、三孔泄洪閘、左岸擋水壩，總長(zhǎng)約192.27 m。其中最大閘高27.0m，閘室長(zhǎng)30.0m。左岸擋水壩為混凝土重力壩，最大壩高27.5m，壩頂高程1711.0m，壩段長(zhǎng)77.12m。其中混凝土澆筑方量累計(jì)達(dá)11萬(wàn)方。

雜谷腦河流域地處盆地西緣山地，西接青藏高原東緣，為四川盆地到高原的過(guò)渡地帶，屬川西高原氣候區(qū)，具有山地季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，冬季寒冷干燥、晴朗少雨，日照強(qiáng)烈，氣溫日較差大。夏季濕潤(rùn)，雨季明顯，并有大風(fēng)、伏旱等災(zāi)害。

2.混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

由于混凝土屬于脆性不均質(zhì)體，其抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，抵抗溫度拉應(yīng)力的能力很低，當(dāng)塊體變化產(chǎn)生拉應(yīng)力（或拉伸應(yīng)變）大于其混凝土抗拉強(qiáng)度（或極限拉伸值）就會(huì)發(fā)生裂縫。

3.閘室混凝土裂縫預(yù)防措施

依據(jù)閘室混凝土強(qiáng)度較高，體積較大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析閘室混凝土裂縫產(chǎn)生原因主要有以下幾點(diǎn)：①內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂縫；②閘墩體型屬窄長(zhǎng)型，閘室底板混凝土對(duì)墩墻混凝土的約束而生產(chǎn)裂縫；③水灰比過(guò)大或粉煤灰摻量過(guò)大產(chǎn)生干縮裂縫；④低溫季節(jié)混凝土施工產(chǎn)生的裂縫。針對(duì)以上裂縫產(chǎn)生的特點(diǎn)及施工地區(qū)的氣候特點(diǎn)，并結(jié)合閘室混凝土施工的實(shí)際情況采取以下防裂措施：

3.1在澆筑閘室底板混凝土的同時(shí)，澆筑1m高墩墻，以減少先澆筑的底板混凝土對(duì)后澆的墩墻混凝土產(chǎn)生約束裂縫。

3.2減少水泥用量，降低水化熱；在不同部位埋設(shè)VWS型振弦式應(yīng)變計(jì)，觀測(cè)混凝土內(nèi)部溫度變化情況，防止溫度裂縫的發(fā)生。

3.3實(shí)驗(yàn)出良好工作性及便于冬期施工的混凝土配合比；摻入適量的粉煤灰和高效減水劑，增強(qiáng)混凝土和易性以避免干縮裂縫產(chǎn)生。

3.4低溫季節(jié)澆筑混凝土?xí)r，對(duì)正在澆筑的混凝土和澆筑后齡期7d以內(nèi)的混凝土，模板外用棉被覆蓋，必要時(shí)搭設(shè)保溫棚，防止混凝土產(chǎn)生凍裂；對(duì)于齡期超過(guò)7d的新澆混凝土，表面采用塑料薄膜和2cm厚的泡沫塑料兩層覆蓋，防止在溫度驟降時(shí)，內(nèi)外溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂縫。

4.壩體大體積混凝土裂縫預(yù)防措施

4.1產(chǎn)生裂縫的主要原因1.水泥水化熱??水泥在水化過(guò)程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對(duì)較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內(nèi)外溫差增大。單位時(shí)間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期而增長(zhǎng)。由于混凝土結(jié)構(gòu)表面可以自然散熱，實(shí)際上內(nèi)部的最高溫度，多數(shù)發(fā)生在澆筑后的最初3～5天。

2.外界氣溫變化? 大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加內(nèi)外層混凝土溫差。應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

3.混凝土的收縮??混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。干濕交替會(huì)引起混凝土體積的交替變化，這對(duì)混凝土是很不利的。4.2澆筑前的準(zhǔn)備工作??影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝(特別是養(yǎng)護(hù)條件)等。1.材料選擇(1)水泥：考慮普通水泥水化熱較高，特別是應(yīng)用到大體積混凝土中，大量水泥水化熱不易散發(fā)，在混凝土內(nèi)部溫度過(guò)高，與混凝土表面產(chǎn)生較大的溫度差，便混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此確定采用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為525號(hào)，通過(guò)摻加合適的外加劑以改善混凝土的性能，提高其抗?jié)B能力。??(2)粗骨料：采用碎石，粒徑5～25毫米，含泥量不大于1%。選用粒徑較大、級(jí)配良好的石子配制的混凝土，和易性較好，抗壓強(qiáng)度較高，同時(shí)可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。??(3)細(xì)骨料：采用中砂，平均粒徑大于0.5毫米，含泥量不大于5%。選用平均粒徑較大的中、粗砂拌制的混凝土比采用細(xì)砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同時(shí)相應(yīng)減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，并可減少混凝土收縮。??(4)粉煤灰：由于混凝土的澆筑方式為泵送，為了改善混凝土的和易性便于泵送，考慮摻加適量的粉煤灰。粉煤灰的摻量控制在10以內(nèi)。??(5)外加劑：每立方米混凝土2公斤減水劑可降低水化熱峰值，對(duì)混凝土收縮有補(bǔ)償功能，可提高混凝土的抗裂性。2.混凝土配合比(1)混凝土采用攪拌站供應(yīng)的商品混凝土，要求混凝土攪拌站提前做好混凝土試配。(2)混凝土配合比應(yīng)提高試配確定。按照國(guó)家現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》及《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。(3)粉煤灰采用外摻法時(shí)僅在砂料中扣除同體積的砂量。另外應(yīng)考慮到水泥的供應(yīng)情況，以滿足施工的要求。4.3澆筑時(shí)采取的措施澆筑方案，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實(shí)完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常用方法有以下幾種：1.全面分層。即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時(shí)應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。采用這種方案，適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸一般不宜太大，施工時(shí)從短邊開(kāi)始，沿長(zhǎng)邊推進(jìn)比較合適。必要時(shí)可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時(shí)進(jìn)行澆筑。2.分段分層?；炷翝仓r(shí)，先從底層開(kāi)始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時(shí)間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少，結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長(zhǎng)度較大的工程。3.斜面分層。要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度超過(guò)厚度3倍的情況?；炷翉臐仓酉露碎_(kāi)始，逐漸上移。

4.4養(yǎng)護(hù)階段注意事項(xiàng) 大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)要注意溫度控制。不僅要滿足強(qiáng)度增長(zhǎng)的需要，還應(yīng)通過(guò)人工的溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土的開(kāi)裂。??1.混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃；當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時(shí)，不大于25℃～30℃。??2.混凝土拆模時(shí)，混凝土的溫差不超過(guò)20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。??3.采用內(nèi)部降溫法來(lái)降低混凝土內(nèi)外溫差。??4.保溫法是在結(jié)構(gòu)物外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料，在緩慢的散熱過(guò)程中，使混凝土獲得必要的強(qiáng)度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。??5.混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生干裂。

結(jié)論

到目前為止，混凝土已經(jīng)澆筑完畢，從現(xiàn)場(chǎng)效果來(lái)看，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂縫，而且根據(jù)計(jì)算分析，今后一般也不會(huì)出現(xiàn)裂縫。

對(duì)閘壩混凝土裂縫防裂有幾點(diǎn)成功經(jīng)驗(yàn)：優(yōu)化混凝土配合比；摻加一定量的粉煤灰；減少水泥用量；摻減水劑和防裂劑；底板和一定高度的墩墻一起澆筑；加強(qiáng)早期混凝土的表面保溫。