水利工程大體積混凝土抗裂技術(shù)分析

司曉娜+景潔瓊

摘 要： 水工建筑物往往以其體積龐大，所處工作環(huán)境惡劣和運(yùn)營變化而對(duì)混凝土的強(qiáng)度變形耐久等性能的要求更加嚴(yán)格。越來越多的工程實(shí)踐表明，大體積水工混凝凝土的開裂問題，已成為影響其耐久性的主要因素之一。雖然混凝土開裂往往難以避免，但若采用切實(shí)有效的綜合防裂措施，則可有效控制其病害程度。為此，本文在充分了解大體積混凝土概況的基礎(chǔ)上，對(duì)水利工程大體積混凝土裂縫類型及成因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的抗裂措施，以期全面提升工程質(zhì)量，達(dá)到最佳抗裂效果。

關(guān)鍵詞： 水利工程；大體積混凝土；抗裂技術(shù)

一、大體積混凝土的概況

所謂大體積混凝土，是指在混凝土結(jié)構(gòu)中，最小段在1米以上的混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土受許多因素影響，結(jié)構(gòu)斷面內(nèi)布置的鋼筋比較多，結(jié)構(gòu)尺寸比較大，混凝土的澆筑量也比較大。此外，混凝土也具有可塑造強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)適用、抗震性好、強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)。大面積的混凝土澆筑，在水化熱作用的影響下，容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)而形成裂縫。水利工程施工的項(xiàng)目比較多，大體積混凝土在水閘、涵洞、壩等施工項(xiàng)目中的應(yīng)用尤為頻繁大體積混凝土施工的技術(shù)難點(diǎn)，主要是裂縫。水利工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，由于其截面尺寸較大，一般由外荷載引起裂縫的可能性很小 但由于水泥在水化反應(yīng)中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，這將成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要原因。

二、大體積混凝土裂縫類型及成因

1、收縮裂縫

混凝土在逐漸散熱和硬化過程中引起的收縮應(yīng)力是很大的。特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，如果應(yīng)力超過當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。在大體積混凝土中，即使水灰比不低，自身收縮量值也不大的情況下，但在與溫度收縮疊加到一起時(shí).就會(huì)使應(yīng)力增大，所以在比較大的水工建筑物大體積混凝土施工時(shí)早就將自身收縮作為一項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定和考慮。

2、溫差裂縫

水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部與混凝土表面的溫差過大。大體積混凝土結(jié)構(gòu)一般要求一次性整體澆筑.澆筑后。由于體積大水泥因水化引起水化熱聚集在內(nèi)部不易散發(fā).其內(nèi)部溫度將顯著升高，而其表面則散熱較快，形成較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)，混凝齡期較短，抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度.則會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

三、水利工程大體積混凝土抗裂技術(shù)的應(yīng)用

1、材料選擇

在配置混凝土?xí)r，要高度重視采用的水泥用量、種、水灰比的控制、摻外加劑、骨料的選擇等等。

（1）混凝土。在選擇大壩混凝土，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇采用低含堿期強(qiáng)度高、初凝期長、低發(fā)熱量、塑性性能好的特制泥。C2S的水花速度慢，水化熱小，體積收縮不大，而且后期的強(qiáng)度高，由此可以得知C2S是比較適合的礦物，由于C3A的水化熱最大，所以其含量應(yīng)適當(dāng)控制。綜合因素考慮，硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)成分的比例最好能控制在C2S十C3S≥80%，C3A≤5%，C4AF≤15%這個(gè)范圍內(nèi)。水泥的使用品種最好不要選太多種類，而且將水泥運(yùn)進(jìn)工地時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)的測(cè)試。

（2）水泥。為了保持水泥的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，為了避免配制出的混凝土質(zhì)量不合格，以致不能澆筑。所以在配制混凝土?xí)r，一定要盡可能地減少水泥用量和單位水泥的用水量即水灰比，最大水灰比和最小水泥用量有一定的規(guī)定。

（3）砂石骨料。在大體積混凝土中，骨料所占比例通常為該混凝土的絕對(duì)體積的80%～83%，所以應(yīng)選擇體積膨脹系數(shù)小、彈性模量低、級(jí)配均勻的骨料。砂子除了砂粒的大小要滿足骨料的要求外，還要適當(dāng)多加點(diǎn)石粉或細(xì)粉，因?yàn)槭刍蚣?xì)粉可以提高混凝土的密實(shí)性、工作性能、耐久性和抗裂性等。研究表明，石粉的比例一般占沙子的15%～18%。

（4）摻和料。水泥摻和料選用前，一定先要經(jīng)過試驗(yàn)的測(cè)定，然后再從試驗(yàn)中選取符合要求的活性材料，因?yàn)檫@是為了避免摻用不合格的材料，防止影響混凝土的強(qiáng)度和壽命等性能。在混凝土中可以摻用粉煤灰，這可以提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，可以減少混凝土的收縮和泌水性，降低了其水化熱，抑制了堿骨料間的反應(yīng)，這些均有助于提高混凝土的抗裂性能。但是一定要保證粉煤灰的細(xì)度要與水泥顆粒相當(dāng)，而且其含硫量和含堿量要低，所需水量比要小?；炷林谐丝梢該接梅勖夯彝?，添加摻合料的水泥綜合性能都很好，比如添加礦渣的礦渣硅酸鹽水泥、添加火山灰的火山灰硅酸鹽水泥等等。

（5）外加劑。為了使混凝土可以向高性能化發(fā)展，外加劑是不可或缺的重要組分，應(yīng)積極使用。例如外加劑中的高效減水劑和引氣劑，將它們混合使用，可以減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料的用量，這樣不但減少了攪拌混凝土?xí)r所需的工作量，而且也提高了硬化混凝土的力學(xué)、熱學(xué)等方面的性能，還提高其耐久性等。

2、裂縫控制

（1）澆筑法

大體積結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑可分為三種澆筑法，即全面分層、分段分層和斜面分層。如果要求混凝土澆筑強(qiáng)度大，則采用全面分層法澆筑；如果要求的澆筑強(qiáng)度小，采用斜面分層法。施工中選擇澆筑法可根據(jù)結(jié)構(gòu)物的形狀尺寸、搗實(shí)方法和混凝土供應(yīng)能力等來進(jìn)行選擇。目前常用的是斜面分層法。

（2）混凝土的搗實(shí)

混凝土的搗實(shí)過程就是把澆筑入模的混凝土澆灌過程進(jìn)行振搗的過程，這樣可以提高混凝土的密實(shí)度。因?yàn)檎駬v可以排出氣泡，使混凝土中各物料更加均勻地混合，得到最大的密實(shí)度。對(duì)于體積較大的混凝土為了更好地抗裂，最好進(jìn)行兩次振搗技術(shù)。

（3）控制混凝土初始溫度

①限制出料口溫度。當(dāng)外界氣溫較高時(shí)，必須采取人工降溫措施。如用冷水噴淋骨料，用涼風(fēng)冷卻骨料等。

②在壩體混凝土內(nèi)預(yù)埋冷水管，進(jìn)行冷卻。

（4）拆模

混凝土盡量晚拆模，拆模后要保證混凝土表面溫度下降不能超過15℃，而且現(xiàn)場(chǎng)試塊強(qiáng)度不能低于C5。

3、混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理

（1）灌漿處理。灌漿是處理混凝土裂縫的有效方法。一定要在需要補(bǔ)強(qiáng)灌漿的混凝土上鉆孔灌漿。

（2）結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。結(jié)構(gòu)處理有多種方法，一種是小豐滿補(bǔ)強(qiáng)時(shí)所采用的鋼筋錨栓。另一種則是待壩體穩(wěn)定后順著裂縫面挖大約1m寬的槽，緊接著回填優(yōu)質(zhì)的混凝土，此法盡管施工較為繁雜，但也許是當(dāng)前有效性最好的一大措施。

（3）挖除后重新回填。事實(shí)上，像澆筑事故、裂縫、混凝土強(qiáng)度不夠等情況比比皆是，它的影響很繁雜，此時(shí)通常水泥灌漿要想收到預(yù)期效果有著相當(dāng)高的難度，更有甚者就算是采用一些結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)措施也無濟(jì)于事。為此，我們可依據(jù)實(shí)情試著去將其挖除之后再重新回填，在回填過程中唯有對(duì)溫度應(yīng)力與施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才有可能使得新老混凝土結(jié)合好。

四、結(jié)束語

綜上所述，隨著水利工程施工技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，大體積混凝土施工技術(shù)在水利工程施工建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于大體積混凝土施工工藝復(fù)雜，容易出現(xiàn)裂縫而且施工質(zhì)量影響因素較多，因此已經(jīng)成為水利工程的整體施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵內(nèi)容。為此，必須在充分了解水利工程大體積混凝土裂縫原因的同時(shí)，做好抗裂施工措施，科學(xué)選取抗裂施工技術(shù)，不斷提升技術(shù)水平，才能最終達(dá)到工程質(zhì)量提升的目的?！?/p>

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