劉衛(wèi)葛：水電站大壩砼澆筑裂縫控制研究

劉衛(wèi)葛

摘 要：伴隨著水利發(fā)電事業(yè)的快速發(fā)展，水電站建設(shè)的數(shù)量不斷增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大，在這種情況下，大體積大規(guī)模砼出現(xiàn)，并成為發(fā)展趨勢(shì)。本文筆者主要針對(duì)水電站大壩砼澆筑裂縫控制相關(guān)情況進(jìn)行探討，首先分析裂縫出現(xiàn)的原因，然后提出針對(duì)性的解決措施和建議，旨在為相關(guān)從業(yè)人員做好水電站大壩砼澆筑裂縫控制工作提供參考建議，提高水電站大壩砼澆筑施工技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：水電站；混凝土澆筑；裂縫；控制策略

改革開放以來，我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了偉大成就，人們生活和生產(chǎn)對(duì)電力資源的需求量不斷增多，依賴性不斷增強(qiáng)，水利發(fā)電由于其具有清潔無污染等優(yōu)勢(shì)得到快速發(fā)展，水電站建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，建設(shè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，對(duì)混凝土施工技術(shù)提出了更高的要求。但是，在大體積大規(guī)模砼的混凝土澆筑施工中，由于溫度差等原因容易出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重降低了水電站項(xiàng)目建設(shè)的整體質(zhì)量，使用性能也大大降低。因此，加強(qiáng)水電站大壩砼澆筑裂縫控制工作，并對(duì)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行妥善處理至關(guān)重要。鑒于此，本文筆者對(duì)水電站大壩砼澆筑裂縫控制這一課題的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水電站大壩砼澆筑裂縫病害出現(xiàn)的原因分析

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是大體積混凝土澆筑施工當(dāng)中最常見的一種病害，出現(xiàn)裂縫的原因比較復(fù)雜，但是在混凝土澆筑到強(qiáng)度達(dá)到要求的過程中出現(xiàn)裂縫，其主要原因就是水泥水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大造成。對(duì)于大體積混凝土工程，由于混凝土用量多，截面大，在混凝土澆筑之后水泥會(huì)釋放出大量水化熱，導(dǎo)致混凝土的溫度升高，但是由于混凝土工程體積比較大，導(dǎo)熱性能較差，內(nèi)外部散熱速度不一樣，混凝土內(nèi)部熱量無法充分散熱，而外部散熱比較快，在熱脹冷縮原理下，中心混凝土的膨脹速度變快，這樣以來中心部分和表面質(zhì)點(diǎn)就會(huì)形成相互約束力，在混凝土表面的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫[1]。大體積大規(guī)模砼裂縫出現(xiàn)的原因具體分析如下：

1.1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)的約束

在混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相對(duì)變形情況時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)之間都會(huì)產(chǎn)生約束，包括兩種約束形式，即外約束和內(nèi)約束。外約束主要是指外部因素，如地基土等對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)收縮或者膨脹產(chǎn)生的阻礙作用。內(nèi)約束產(chǎn)生的原因是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度分布不均引起。由于混凝土結(jié)構(gòu)體積比較大，內(nèi)外部溫度上升或下降無法實(shí)現(xiàn)同步，從而導(dǎo)致內(nèi)外部之間出現(xiàn)相互約束的力量，即自約束和自約束應(yīng)力，兩種力相互作用最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

1.2 溫度效益影響

混凝土澆筑施工裂縫出現(xiàn)的主要原因就是混凝土機(jī)構(gòu)內(nèi)外部之間的溫度差異過大。在某一時(shí)刻，混凝土機(jī)構(gòu)內(nèi)部和表面各點(diǎn)的溫度狀態(tài)被稱為混凝土機(jī)構(gòu)的溫度分布。在混凝土澆筑過程中，由于各種因素的影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)外部會(huì)處于不同的溫度狀態(tài)，影響混凝土結(jié)構(gòu)溫度分布情況的因素主要包括兩個(gè)方面：（1）外部因素?；炷两Y(jié)構(gòu)表面朝向、方位等都會(huì)對(duì)其溫度分布產(chǎn)生影響。在正午時(shí)分，混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度最高，向陽面和背陽面出現(xiàn)最大溫差。（2）內(nèi)部因素。水泥是混凝土機(jī)構(gòu)的主要原材料，這種原材料在水化時(shí)會(huì)釋放大量的熱量，被稱為水化熱，這些熱量會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)溫度急劇升高，而且隨著混凝土結(jié)構(gòu)厚度的不斷增加，其內(nèi)部熱量散發(fā)到外部的時(shí)間不斷延長(zhǎng)，在混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度突變時(shí)，內(nèi)部溫度變化存在明顯滯后的情況，從而由于內(nèi)外溫差大導(dǎo)致出現(xiàn)相互拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫[2]。

2 水電站大壩砼澆筑裂縫控制措施

2.1 選擇合適原材料

在水電站項(xiàng)目建設(shè)當(dāng)中，選擇合適的原材料是控制出現(xiàn)裂縫病害、提高工程建設(shè)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)和條件。因此，施工建設(shè)當(dāng)中一定要按照設(shè)計(jì)要求選擇合適的原材料。（1）水泥選擇標(biāo)準(zhǔn)：高強(qiáng)度、低水化熱。選擇高強(qiáng)度、低水化熱的水泥可以降低水泥水化熱，從而使混凝土的抗裂性能大大提高。在選擇水泥時(shí)，需要進(jìn)行水熱化試驗(yàn)，只有在保證試驗(yàn)結(jié)果符合現(xiàn)行國(guó)家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的情況下才能將水泥用于施工。（2）骨料選擇標(biāo)準(zhǔn)：級(jí)配合理、導(dǎo)熱性能好、線膨脹系數(shù)小。骨料符合上述標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有效降低混凝土的溫度應(yīng)力，減少溫度因素對(duì)施工質(zhì)量的影響。在確定骨料粒徑時(shí)，在保證符合要求的情況下盡量選擇粒徑較大的骨料。

2.2 優(yōu)化混凝土配合比

混凝土配合比參數(shù)直接決定了混凝土的強(qiáng)度、流動(dòng)性能等，因此優(yōu)化混凝土配合比至關(guān)重要。對(duì)混凝土配合比優(yōu)化時(shí)需要按照高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)四功能準(zhǔn)則，提高混泥土配合比選擇的科學(xué)性，降低混凝土絕熱升溫，這樣不僅可以有效防止發(fā)生裂縫病害，還可以節(jié)省水泥用量，提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。還可以摻用混合材料，以減少用水量，提高混凝土抗裂性能。另外，可以通過采用添加外加劑手段來降低混凝土水熱化發(fā)生速率。如果混凝土在泵送過程中過早凝結(jié)，混凝土的流動(dòng)性能將會(huì)降低，澆筑施工中容易出現(xiàn)層間縫隙，從而導(dǎo)致混凝土整體性能、強(qiáng)度降低。因此在施工中，混凝土需要添加緩凝劑，這樣主要是為了延緩混凝土凝結(jié)的時(shí)間，避免混凝土在泵送過程中凝結(jié)。另外，還可以在混凝土當(dāng)中添加合適的膨脹劑，防止混凝土初始裂縫的出現(xiàn)[3]。

2.3 優(yōu)化混凝土澆筑方式

混凝土澆筑方式對(duì)施工質(zhì)量也具有重要的影響，因此需要不斷優(yōu)化混凝土澆減小大體積混泥土內(nèi)外溫度差異，提高混凝土抗裂性能。分塊澆筑包括兩種方法，即分層澆筑法和分段跳倉(cāng)式澆筑法。如果工期時(shí)間比較充足，一般采用分層澆筑法，配合實(shí)施薄層澆筑技術(shù)，按照施工縫處理的原則對(duì)施工層結(jié)合處進(jìn)行妥善處理。分層多次澆筑方法可以使混凝土內(nèi)部的水化熱充分散發(fā)，從而提高混凝土抗裂性能。對(duì)于混凝土厚度較大，并且工期比較緊張的工程，則不適合采用此方法。

2.4 適當(dāng)降低混凝土澆筑溫度

混凝土澆筑溫度直接影響混凝土施工質(zhì)量，因此在混凝土拌制、運(yùn)輸?shù)冗^程中都需對(duì)混凝土溫度進(jìn)行控制，適當(dāng)降低其溫度，保證溫度符合要求。（1）在天氣比較炎熱的下架，需要對(duì)攪拌場(chǎng)的原材料進(jìn)行遮陽等降溫處理。運(yùn)輸混凝土?xí)r需要采用混凝土攪拌運(yùn)輸車，并且需要根據(jù)工程量大小來安排運(yùn)輸車，保證運(yùn)輸車數(shù)量滿足混凝土施工的要求。如果溫度過高，可以采用水冷法和氣冷法對(duì)骨料預(yù)冷，也可以加冰攪拌混凝土。（2）為了防止混凝土溫度過高，混凝土澆筑施工時(shí)間需要安排在溫度相對(duì)較低的夜間或者低溫季節(jié)，但是對(duì)于必須在高溫季節(jié)施工的工程，需要采取縮短混凝土運(yùn)輸時(shí)間、暴曬時(shí)間、澆筑倉(cāng)內(nèi)噴霧、添加遮陽措施等手段盡量減少混凝土溫度回升幅度。對(duì)于泵送混凝土的運(yùn)輸管道，全過程都需要灑冷水降溫或管道用保溫材料包裹，以防止混凝土在運(yùn)送過程中吸收過多的太陽輻射熱量，從而保證混凝土入模溫度符合要求。

3 結(jié)語

綜上所述，水電站建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模的不斷擴(kuò)大使大體積大規(guī)模砼增多成為一種必然趨勢(shì)。在實(shí)際的工程建設(shè)當(dāng)中，由于大體積混凝土的剛度比較大，一般不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度方面的問題，但是混凝土澆筑過程中容易出現(xiàn)裂縫問題，這是影響水電站整體建設(shè)質(zhì)量的重要原因。因此，明確裂縫出現(xiàn)的原因，并提出優(yōu)化控制措施至關(guān)重要，本文對(duì)裂縫病害提出的控制措施主要包括加強(qiáng)原材料質(zhì)量管理，優(yōu)化混凝土配合比，選擇科學(xué)的混凝土澆筑方式等，建設(shè)施工單位只有提高質(zhì)量意識(shí)，加強(qiáng)各個(gè)方面的技術(shù)控制，才能防止裂縫病害出現(xiàn)，提高水電站建設(shè)質(zhì)量和使用性能，實(shí)現(xiàn)“三個(gè)效益”的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

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[3] 傅清潭，周秋景，張磊等.丹江口大壩加高對(duì)裂縫穩(wěn)定性的影響研究[J].水利水電技術(shù)，2013，44（12）：29-34.