鋼筋混凝土鉆井井壁早期裂縫的控制技術(shù)

劉 成 保

(浙江省嘉興市建筑工業(yè)學校，浙江 嘉興 314000)

鋼筋混凝土鉆井井壁早期裂縫的控制技術(shù)

劉 成 保

(浙江省嘉興市建筑工業(yè)學校，浙江 嘉興 314000)

分析了鉆井預(yù)制井壁混凝土早期裂縫的原因，從優(yōu)化混凝土配合比、優(yōu)化攪拌工藝、優(yōu)化澆筑工藝等方面，闡述了早期混凝土裂縫控制技術(shù)途徑，從而保證混凝土施工質(zhì)量。

井壁，高性能混凝土，裂縫

鋼筋混凝土鉆井井壁屬于大體積混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)混凝土常常發(fā)生早期開裂。其早期開裂的主要原因有以下三方面：1)膠凝材料水化熱量大，早期混凝土內(nèi)部溫度高。2)混凝土硬化時內(nèi)熱外冷，熱脹冷縮，有較大的溫縮應(yīng)力存在。3)混凝土中用水量較少，各種反應(yīng)都在搶奪水分子，水分不夠用，脫模后極易造成表面干縮，引發(fā)開裂。為了滿足井壁受力和鉆進工藝要求，井壁采用預(yù)制高性能鋼筋混凝土井壁，在對混凝土配合比進行優(yōu)化后，還需要結(jié)合防裂目標，對原有施工工藝過程的每個環(huán)節(jié)進行控制和優(yōu)化。包括現(xiàn)場原材料質(zhì)量、拌合料的計量、混凝土攪拌、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護等多方面提出明確要求。

1 優(yōu)化混凝土配合比

預(yù)制鉆井井壁由逐節(jié)井壁筒和井壁底拼裝組成，每節(jié)井壁和井壁底均在地面預(yù)制完成。預(yù)制混凝土井壁需采用高性能混凝土，高性能混凝土是在普通混凝土的原材料組分中摻入各種外加劑和礦物摻和料配制生產(chǎn)而成。高強混凝土井壁混凝土配合比設(shè)計的重點和難點就是通過研究礦物摻和料對混凝土早期收縮的影響，來實現(xiàn)混凝土井壁的高強度和防裂的目標。

通過試驗表明：在混凝土中摻入了礦物摻和料，如磨細礦粉、粉煤灰等，可以降低水化熱，減少溫升，并改善混凝土的和易性。還可以填充膠凝材料的空隙，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，參與膠凝材料的水化反應(yīng)，提高抗腐蝕能力，并且可以抑制混凝土中的堿—集料反應(yīng)。

采用微緩凝型綜合外加劑，如TK-1高效減水劑，使得生產(chǎn)的混凝土在用水量減少的同時又能夠保持良好的和易性，配制的混凝土強度提高，結(jié)構(gòu)密實性更好，抗?jié)B性提高，并具有良好的耐久性。

在混凝土配合比設(shè)計中，可以適當減少水泥的用量。如C65高性能混凝土中水泥用量在365 kg/m3左右、粉煤灰55 kg/m3左右、礦渣粉110 kg/m3左右，這樣就能從根本上減少水化熱，降低混凝土內(nèi)部溫升和收縮，同時混凝土中膠凝材料總量也較高，保證混凝土具有足夠的彈性模量和體積安定性。

2 優(yōu)化混凝土的攪拌工藝

原材料管理方面要求原材料必須經(jīng)過進場驗收合格，不合格或者有疑問的材料不得使用。因此，原材料要有專職材料員進行管理，并且要有分區(qū)的堆放位置。材料管理員和施工人員之間對各種原材料的出入庫應(yīng)有書面交接記錄。各種原材料的堆放場地，應(yīng)該掛牌，明確標識。液體材料及粉狀材料都要分類分區(qū)堆放，以免錯拿。

原材料稱重計量要準確。水泥、砂、石、TK-1高效減水劑、粉煤灰、礦渣粉和水必須經(jīng)過計量才能投入攪拌機，磅秤也得定時校定。施工規(guī)范要求計量偏差應(yīng)符合下列規(guī)定(按重量計):水泥:±2%；粉煤灰、礦渣粉、減水劑、水:±1%；砂、石:±3%。物料計量后，加入攪拌機過程中應(yīng)防止遺撒，特別是要避免液體外加劑從料斗中流出。

每次施工前均應(yīng)現(xiàn)場檢測砂、石的含水量，用于調(diào)整施工配合比。每節(jié)井壁混凝土坍落度檢測不少于2次，發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度過大或過小時，應(yīng)立即暫停施工，及時調(diào)整施工配合比；每班檢查原材料的稱量至少1次；每節(jié)井壁應(yīng)留置抗壓強度試塊(7 d,28 d和60 d強度)，宜采用標準振動臺振動密實，試塊抹平、編號后用塑料膜封閉表面，防止失水，然后在標準條件下靜置1 d拆模，并繼續(xù)養(yǎng)護至規(guī)定齡期；試塊抗壓強度宜采用200 t以上試驗機，試塊在試驗機承臺上要仔細對中，試塊受壓面與上下承臺平穩(wěn)接觸，支座要靈活，避免試塊不均勻受壓破壞。

確定專人負責混凝土攪拌時的投料，并監(jiān)督計量過程。嚴禁憑感覺隨意增加拌合用水量；在攪拌第一盤混凝土時，水泥和砂子的用量應(yīng)增加10%左右，其水灰比應(yīng)保持不變，以克服因攪拌機筒壁粘附砂漿導致的混凝土質(zhì)量異常；一次投料法投料順序為石子和砂→水泥、粉煤灰、礦渣粉→外加劑→水；為了保證混凝土的均勻性和強度，也可采用二次投料法?？刂茢嚢钑r間：由于高強度混凝土的坍落度較小，應(yīng)采用強制式攪拌機攪拌，最短攪拌時間為1.5 min(攪拌機容量小于500 L);建議在攪拌場地設(shè)置鬧鐘，準確控制攪拌時間，攪拌時間過短，則攪拌不均勻，攪拌時間過長，則導致混凝土離析。

混凝土攪拌時，要注意控制井壁根部和上部的混凝土坍落度，以保證混凝土的外觀質(zhì)量，同時對于控制起吊強度和井壁在井下的正常使用都很重要。

3 優(yōu)化混凝土澆筑工藝

在澆筑混凝土之前，模板內(nèi)及鋼筋間的垃圾必須清理干凈?；炷恋臐仓?yīng)連續(xù)不斷進行，按混凝土的澆筑順序和施工方案進行，并盡量減少人為因素造成的施工縫。

在澆筑鉆井井壁混凝土時，要通過振搗棒振搗作用將送料口附近的混凝土攤開，這就使得離送料口的較遠區(qū)域水泥漿的含量較高。由于水泥灰漿的干縮率高、抗裂強度較低，這就使得井壁混凝土在溫差或濕差的作用下，遠離送料口的澆筑區(qū)域成為裂縫較多位置。因此，在井壁混凝土澆筑時，需要強調(diào)要從若干個下料口均勻布料，以避免沉降、塑性收縮和局部干縮過大引起的裂縫。

井壁混凝土必須采用插入式振搗棒機械振搗，從混凝土外觀看，表面不再下沉，氣泡不再冒出，蜂窩麻面較少，可以說明混凝土已經(jīng)振搗密實。但需要注意，既不能漏振、欠振、也不可過振，否則都會導致混凝土強度出現(xiàn)問題。由于施工現(xiàn)場預(yù)制是室外施工，混凝土澆筑后，應(yīng)盡量避免陽光直接照射內(nèi)外鋼模板和井壁，引起混凝土升溫過高，產(chǎn)生溫度裂縫。高溫季節(jié)施工應(yīng)采取適當?shù)恼陉柎胧?/p>

4 優(yōu)化混凝土拆模與養(yǎng)護工藝

混凝土預(yù)制井壁的早期裂縫主要與水泥水化熱引起的內(nèi)外溫差導致熱脹冷縮和干燥引起的表面收縮(特別是拆模后)有關(guān)。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，水化熱引起的內(nèi)部溫度升高可達30 ℃以上，這就導致了混凝土內(nèi)外巨大的溫差，而這時混凝土已處于強度較高，徐變較少的階段，如果溫縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度就會產(chǎn)生裂縫。而且預(yù)制井壁一般采用單層內(nèi)襯鋼板，當混凝土因內(nèi)外溫差或濕差產(chǎn)生收縮時，內(nèi)襯鋼板的約束增加了拉應(yīng)力，加劇了裂縫進一步發(fā)展、增大。同時，拆模后混凝土尚沒有完全終凝，養(yǎng)護現(xiàn)場又沒有防風設(shè)施，導致混凝土中水分子蒸發(fā)過快，引起表面混凝土干縮，也會產(chǎn)生裂縫。

混凝土的養(yǎng)護是控制早期裂縫最重要的措施之一。高強高性能混凝土的強度發(fā)展受早期養(yǎng)護的影響很大，一定要派專人負責養(yǎng)護工作。

1)拆模時間：根據(jù)混凝土的實際強度和施工氣候、溫度確定拆模時間，一般14 h～17 h，如果遇到雨水天氣下拆模，必須對井壁混凝土采取防雨措施，否則易因雨水導致混凝土表面溫度下降，產(chǎn)生溫度收縮，加劇裂縫的發(fā)展。

2)高強高性能混凝土用水量少，切不可使混凝土失水影響質(zhì)量，一般天氣情況下，井壁脫模后，必須立即在預(yù)制井壁外側(cè)罩一層塑料布，用于保濕養(yǎng)護。夏季高溫天氣里施工，混凝土脫模后，必須立即在井壁上覆蓋草墊子或麻袋片保溫養(yǎng)護，注意覆蓋嚴密，沿井壁高度方向每隔1 m～1.5 m捆一道繩子。

3)脫模24 h以后開始在草墊子或麻袋片上進行充分的澆水養(yǎng)護。水的溫度也需控制，井壁混凝土表面與水的溫差不超過20 ℃為宜，灑水養(yǎng)護要及時、適量，混凝土表面不得見白、起砂，以減少干縮裂縫。

4)養(yǎng)護期從拆模開始算起7 d。整個養(yǎng)護期內(nèi)，不得將水直接澆在混凝土表面，以免造成混凝土內(nèi)外的溫度應(yīng)力過大，致使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。

5)特殊氣候條件下的施工要更加謹慎，防止溫差和失水引起的開裂。冬季施工注意及時覆蓋和保溫，防止混凝土受凍前，強度發(fā)展過慢。在高溫天氣施工前，注意覆蓋砂、石集料，避免陽光曝曬。高性能混凝土的彈性模量高，徐變小，變形能力較弱，因此控制高性能混凝土的早期溫升尤為重要。在氣溫較高時，通過避免砂石暴曬，盡可能降低混凝土的入模溫度，混凝土入模溫度過高，對于控制溫度應(yīng)力裂縫是十分不利的。

綜上所述，鉆井井壁這類薄壁大體積混凝土的早期開裂主要是溫差、自收縮和干縮引起的，預(yù)防早期開裂可以采用的技術(shù)途徑包括優(yōu)化混凝土配合比，根據(jù)鉆井井壁的施工工藝特點，正確地選擇原材料、合理的工藝參數(shù)。并經(jīng)過各方面協(xié)同，對施工工藝進行有效的控制，高性能混凝土的高強和抗裂效果是能夠達到的。同時，預(yù)制井壁外層配筋直徑較大、間距寬，不如保持總配筋率不變，采用細而密的配筋方式能夠更有效的減少裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

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Earlycrackscontrollingtechnologiesofsteelreinforcedconcretedrillingwellwall

LiuChengbao

(ZhejiangJiaxingBuildingIndustrySchool,Jiaxing314000,China)

The thesis analyzes drilling prefabricated well wall concrete early cracking causes. Starting from aspects of optimizing concrete mixing proportion, optimizing mixing technology and optimizing grouting technology, it describes early concrete cracks controlling technology methods, so as to guarantee concrete construction quality.

well wall, high-performance concrete, cracks

TU312.3

：A

1009-6825(2017)24-0106-03

2017-06-15

劉成保(1985- )，男，講師