水電站碾壓混凝土防裂施工技術(shù)

朱莉，杜娜（湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司，湖北 武漢 430000）

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水電站碾壓混凝土防裂施工技術(shù)

朱莉，杜娜（湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司，湖北 武漢 430000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，水電站的建設(shè)量不斷增加，規(guī)模不斷擴(kuò)大，而應(yīng)用于水電站施工建設(shè)過程中的碾壓混凝土是一種干硬性貧水泥的混凝土，在對(duì)其進(jìn)行拌制的過程中主要是采用硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)摻和料、水、外加劑、砂以及分級(jí)控制的粗骨料構(gòu)成的，在實(shí)際施工的過程中，碾壓混凝土經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂縫的問題，因此，做好防裂施工具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)水電站施工過程中碾壓混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)其防裂施工技術(shù)進(jìn)行了一定的探討，以供同行參考。

水電站；碾壓混凝土；防裂施工技術(shù)

1　引言

近年來，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，水電站的建設(shè)也取得了很大的發(fā)展。水電站的建設(shè)質(zhì)量能夠?qū)θ藗兊陌踩a(chǎn)生直接性的影響，因此，現(xiàn)階段，水電站碾壓混凝土裂縫問題也漸漸受到了人們的關(guān)注。在對(duì)碾壓混凝土裂縫問題進(jìn)行防治的過程中，應(yīng)該對(duì)產(chǎn)生裂縫的因素進(jìn)行分析，然后有針對(duì)性的提出防裂對(duì)策，從而使碾壓混凝土的質(zhì)量得以保證。

2　水電站碾壓混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)問題

水電站項(xiàng)目的建設(shè)會(huì)涉及到許多方面的問題，而且其施工也具有一定的難度與復(fù)雜性，同時(shí)，由于建設(shè)項(xiàng)目比較固定，通常來說，其生產(chǎn)的流動(dòng)與結(jié)構(gòu)的類型也具有一定的差異性，因此，做好施工防范工作，防止碾壓混凝土裂縫的產(chǎn)生，十分必要。然而，現(xiàn)階段，在水電站實(shí)際施工建設(shè)的過程中，在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面存在一定的問題，這能夠在很大程度導(dǎo)致碾壓混凝土出現(xiàn)裂縫的問題。

2.2 碾壓混凝土自身容易產(chǎn)生裂縫的原因

2.2.1 水化熱低且釋放緩慢

水泥水化是混凝土膠凝材料水化熱的主要來源，由于碾壓混凝土對(duì)于水泥的用量減少，從而在很大程度上降低了水化熱；由于在碾壓混凝土中對(duì)于粉煤灰的摻入量比較大，而粉煤灰的水化（二次水化）需要對(duì)水泥一次水化的產(chǎn)物Ca（OH）2進(jìn)行充分地利用，因而，粉煤灰的水化總是滯后于水泥的水化，進(jìn)而在一定程度上延長碾壓混凝土的水化過程，使水化潛熱的釋放變得緩慢。與純水泥相比，摻入粉煤灰的膠凝材料的水化熱比較低，而且水化熱曲線溫峰也比較低，溫峰出現(xiàn)的時(shí)間也比較遲，同時(shí)，膠凝材料的水化熱曲線降溫的過程也是比較慢的，7d齡期時(shí)殘余水化熱較高。

2.2.2 早期極限拉伸值低，后期增長比較快

碾壓混凝土的極限拉伸值與常態(tài)混凝土是一樣的，而且，其容易受到膠凝材料用量、混凝土的抗拉強(qiáng)度、彈性模量以及混凝土的齡期等的影響，其中膠凝材料的用量與混凝土的抗拉強(qiáng)度是最為主要的兩個(gè)因素。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度相同時(shí)，其主要會(huì)受到膠凝材料漿的影響。碾壓混凝土的極限拉伸值與抗拉強(qiáng)度是一種正比例的關(guān)系，也就是說，極限拉伸值會(huì)隨著抗拉強(qiáng)度的增加而增長，因而，早期極限拉伸值也會(huì)比較低。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，常態(tài)混凝土的早期極限拉伸值要比碾壓混凝土的高。摻入大量粉煤灰的碾壓混凝土后期拉伸應(yīng)變能力會(huì)隨著齡期的增長而提高，長期齡能夠達(dá)到與常態(tài)混凝土差不多的拉伸應(yīng)變能力。

2.2.3 常溫干縮率低

配合比、水泥的品種、摻合料種類以及摻量等能夠影響到碾壓混凝土的干縮率。通常來說，混凝土單位對(duì)于水的需求量較大，膠凝材料的用量比較多，那么，就會(huì)有較大的干縮率，相反則小。與常態(tài)混凝土相比，碾壓混凝土的用水量較小，膠凝材料的用量也比較少，但是，有比較大比例的粉煤灰的摻入，因此，干縮率明顯要小，這會(huì)在很大程度上引起干縮裂縫的出現(xiàn)。

3　水電站碾壓混凝土防裂施工措施

3.1 對(duì)原材料與配合比的優(yōu)化進(jìn)行深入，使混凝土綜合抗裂性能得以提高

通過對(duì)混凝土材料與配合比進(jìn)行科學(xué)合理地選用，并對(duì)其溫度的升降變化進(jìn)行控制，從而使得水電站碾壓混凝土裂縫問題得以有效地避免。具體來說，通過對(duì)碾壓混凝土的材料、配合比進(jìn)行選用，使混凝土的絕熱溫升較小，抗拉強(qiáng)度較大，極限拉伸變性較大，熱強(qiáng)比較小，自生體積變形最好是微膨脹，至少是低收縮。通常來說，碾壓混凝土內(nèi)部溫度的變化比較小，在水電站內(nèi)混凝土壩主要是溫度變形與化學(xué)變形。如果水泥的化學(xué)變形是微量的膨脹，在時(shí)間與降溫上是同步的，因而部分收縮變形將能夠有效地抵消化學(xué)膨脹，從而使混凝土收縮量能夠保持在混凝土極限拉伸范圍內(nèi)，在這種情況下，碾壓混凝土不容易發(fā)生開裂。另外，為了能夠使碾壓混凝土的性能得以有效地改善，使其抗裂性與抗拉性得以提高，可以適當(dāng)?shù)靥砑右恍┩饧觿?。例如，在碾壓混凝土中添加適當(dāng)量的BC-13緩凝早強(qiáng)減水劑，具有比較理想的早強(qiáng)效果與較長的緩凝作用。在夏季，其能夠降低混凝土的水化熱，對(duì)于碾壓混凝土裂縫問題防止有著十分重要的作用，是夏季施工過程中比較理想的外加劑。外加劑在水泥中的摻量小但是取得的效果卻是十分有效的，應(yīng)該結(jié)合水電站工程施工的具體情況以及環(huán)境氣候條件，在施工的過程中添加適當(dāng)量的外加劑，對(duì)于碾壓混凝土防裂效果的增強(qiáng)十分有效。

3.2 應(yīng)力控制

碾壓混凝土出現(xiàn)裂縫最本質(zhì)的原因就是拉應(yīng)力超出了混凝土的抗拉極限，所以，合理調(diào)整水電站壩體當(dāng)中的拉應(yīng)力是必需的。

（1）荷載應(yīng)力控制。增加拱的中心角能夠相應(yīng)降低拉應(yīng)力，但是如果中心角過大將會(huì)使得拱軸線跟河岸基巖等高線的夾角太小，使得拱端的推力過分趨向于下游，不利于壩肩的穩(wěn)定。此外，適當(dāng)加大壩體的厚度也能夠降低拉力，這是現(xiàn)如今最為常用的方式，但是這樣也會(huì)增加造價(jià)。這些因素在拱圈的設(shè)計(jì)當(dāng)中都應(yīng)該著重考慮。

（2）溫度應(yīng)力控制。在工程的實(shí)際開展中，拱壩壩體的裂縫大多數(shù)都是由于施工期的溫度拉應(yīng)力產(chǎn)生的。要避免這些裂縫，重點(diǎn)要依靠施工期的溫度控制。①改善施工工藝，減少混凝土內(nèi)部的溫度上升，降低基礎(chǔ)溫差與內(nèi)外的溫差。準(zhǔn)確控制混凝土的溫度是降低拉應(yīng)力、避免出現(xiàn)裂縫的主要措施。通常選用的方法包含：在壩體的分區(qū)采用水泥來降低單位水泥的用量；利用冷卻板和水、預(yù)冷骨料以及加冰拌合等方法降低混凝土的溫度，采取增加混凝土強(qiáng)度、倉面保溫等方式降低澆筑過程中的溫度上升；在混凝土當(dāng)中敷設(shè)水管，通入低溫水來降低混凝土的溫度；薄層澆筑，均勻上升，增加混凝土的熱量散發(fā)，減少混凝土中的溫度上升。②增強(qiáng)混凝土的養(yǎng)生防護(hù)與壩面保溫，控制溫度濕度引起的不良影響。施工當(dāng)中的大壩混凝土，極易引發(fā)早期的裂縫，引起裂縫的原因是不相同的，但是因?yàn)樗療嵘郎?、環(huán)境溫度與濕度改變，產(chǎn)生比較大的溫度應(yīng)力與干縮應(yīng)力導(dǎo)致的。因此，要增強(qiáng)對(duì)碾壓混凝土的維護(hù)，控制環(huán)境溫度、濕度產(chǎn)生的不良影響。壩面保溫是避免表面裂縫的最佳方法，在很多工程當(dāng)中都得到了應(yīng)用。表面保溫材料主要包含保溫被、聚乙烯起點(diǎn)薄膜，草袋和砂層保溫、噴涂保溫層等等。

3.3 溫控措施

3.3.1 基礎(chǔ)溫差

水電站碾壓混凝土大壩由于不設(shè)縱縫，其底寬、基礎(chǔ)約束的范圍、壩體內(nèi)的穩(wěn)定溫度場的溫差均比較大。因此，溫差不管是在水平方向或者是垂直方向都是非均勻分布的，而這種現(xiàn)象的存在所引起的應(yīng)力與壩區(qū)氣候、澆筑塊的高寬比、混凝土與基巖或者是新老混凝土的彈性模量比等因素有關(guān)，其中，壩塊的高寬比與溫度應(yīng)力二者之間是反比的關(guān)系。

3.3.2 上下層溫差

所謂上下層溫差控制就是說，在齡期超過28d的長間歇老混凝土壩塊上，對(duì)新混凝土進(jìn)行澆筑的過程中，控制新老混凝土之間所產(chǎn)生的溫差。目的就是為了由上部新澆混凝土過高而在降溫狀態(tài)下引起的碾壓混凝土裂縫問題的現(xiàn)象得以有效地避免。在北方比較嚴(yán)寒的地區(qū)，碾壓混凝土壩由于冬季難以施工，長間歇而造成越冬面，在越冬面新老混凝土結(jié)合面附近會(huì)出現(xiàn)比較大的拉應(yīng)力；另外，在汛期，壩體混凝土要經(jīng)受渡汛，渡汛的混凝土齡期比較長，也有可能會(huì)超過28d。下層混凝土的溫度會(huì)受到上層混凝土溫度的影響，并且澆筑層間的間歇時(shí)間越短，混凝土中的溫度下降速度就會(huì)越慢。所以，在實(shí)際施工當(dāng)中可以合理延長澆筑層間的間歇時(shí)間，增加散熱速度。在高溫季節(jié)應(yīng)該采用厚塊澆筑，避免由于氣溫太高而產(chǎn)生熱量倒灌現(xiàn)象。

3.3.3 內(nèi)外溫差

壩塊內(nèi)外溫差控制設(shè)計(jì)的目的是求出它的允許值，保證壩塊出現(xiàn)最大內(nèi)外溫差時(shí)，表面拉應(yīng)力（或應(yīng)變）不超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度（或極限拉伸值）。然而由于內(nèi)外溫差的不明確性和控制上的難度，在實(shí)際中，內(nèi)外溫差的控制往往轉(zhuǎn)換為最高溫度的控制。

4　結(jié)語

綜上所述，碾壓混凝土中的裂縫問題是經(jīng)常出現(xiàn)的，其能夠直接影響到水電站的建設(shè)質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)人們的生產(chǎn)與生活產(chǎn)生極為不利的影響。因此，應(yīng)該對(duì)碾壓混凝土中裂縫產(chǎn)生的因素進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，采取科學(xué)合理的措施防止碾壓混凝土產(chǎn)生裂縫的問題，提高混凝土的抗裂性，保證碾壓混凝土的施工質(zhì)量，進(jìn)而使水電站的建設(shè)質(zhì)量得以切實(shí)有效的保證。

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［2］朱振泱，強(qiáng)晟，王海波，等.冬季澆筑碾壓混凝土壩溫控防裂研究［J］.水電能源科學(xué)，2011（01）.

［3］張軼皓，阮國水.探討建筑工程施工中混凝土裂縫的控制技術(shù)［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（17）.

朱莉（1975-），女，本科，主要從事水利水電工程施工工作。

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