大体积混凝土裂缝的成因及防治措施

2016-10-17郭东波商丘市水利施工总队

河南水利与南水北调 2016年8期

□郭东波（商丘市水利施工总队）

大体积混凝土裂缝的成因及防治措施

□郭东波（商丘市水利施工总队）

水利工程施工期间或在其运行期间，大体积混凝土会产生收缩裂缝，产生裂缝的原因很多，如：受内外温度差和外部约束的影响，大体积混凝土结构产生温度应力和应变，此种应力与应变如果超过混凝土结构的承受极限，就会产生温度裂缝。笔者结合多年工作经验，分析了大体积混凝土产生裂缝的原因，并结合工程案例探讨了温控防裂的措施。

大体积混凝土；温度裂缝；温控防裂措施

1　工程概述

某大型水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、养殖、城市供水等综合利用的大型水利枢纽，修建于20世纪50年代，防洪标准偏低。本工程为1#溢洪道除险加固，本次工程采取保留老闸闸墩和底板，以老闸为施工围堰，紧接老闸下游另建新闸，堰顶高程不变，均为170.50m。新、老闸孔相对应，共4孔，每孔净宽12m；溢流堰设计采用金包银的结构形式。闸墩及溢流堰混凝土浇筑共分四个仓面为了防止温升裂缝，每孔底板中部设置一道伸缩缝。

2　大体积混凝土裂缝

2.1大体积混凝土产生裂缝的原因

无论何种水工混凝土类型，从体积与用量上讲，都属于大体积混凝土大体积混凝土温度裂缝很大程度上受自身材料特性的影响，具有明显的时间效应。混凝土产生裂缝的原因有许多种，实践证明，大体积混凝土产生裂缝的主要原因为温度裂缝。引起温度裂缝产生的原因有多种，如：水泥水化热、混凝土环境与浇筑温度、混凝土约束条件、混凝土缩水收缩。

大体积混凝土浇筑后，由于水泥在水化凝结过程中，要散发大量的水化热，散发较慢，浇筑后期，混凝土内部温度急剧上升会引起混凝土结构因高温膨胀而变形，此时，混凝土弹性模量还很小，基础约束产生较小压应力。待达到最高温度以后，随着热量向外部介质散发，温度将由最高温度降至一全稳定温度或冷稳定温度场，将产生一个温差。如果浇筑温度大于稳定温度，该温差更大。这时，混凝土因为降温，将发生体积收缩，进而为产生裂缝形成了初因。另一方面混凝土抗拉强度一般都不均匀，混凝土本身较为脆弱，水工混凝土中还有孔隙，在内外温度变化的条件下，就容易产生温度裂缝。

2.2大体积混凝土裂缝分类

大体积混凝土裂缝主要分为以下几种，见表1。

表1　大体积混凝土裂缝分类表

2.3大体积混凝土温度裂缝的危害

水利工程施工中像水闸闸墩、大坝底部等关键部位采用大体积混凝土进行浇筑，一旦混凝土表层产生裂缝，如不及时修补，首先，会降低混凝土结构的耐久性，并引起渗漏；其次，裂缝还会对整个水利工程结构产生安全隐。严重话还会形成溃坝，威胁着当地人民的生命和财产安全。

3　大体积混凝土温控防裂措施

3.1常用的温控防裂措施

国内大型水利水电工程在大体积混凝土温控防裂方面的措施主要有以下几种：

①采用专用的低热水泥；②采用弹性模量和膨胀系数都比较小的灰岩骨料；③使用150mm的大骨料；④洞藏混凝土骨料，并在拌和前对骨料进行多次预冷；⑤采用冷却水拌制混凝土；⑥严格控制混凝土拌和用水量，保证混凝土坍落度符合要求；⑦在混凝土运输罐车外包裹保温被、密封混凝土皮带输送机；⑧在混凝土内埋设冷却水管；⑨在适当部位设置混凝土施工缝、膨胀带或后浇带；⑩在混凝土表面上粘贴保温材料，防止混凝土内外温差过大而产生裂缝。

3.2计划采用的温控防裂措施

根据混凝土裂缝产生机理分析，为避免混凝土产生裂缝，应通过各种措施降低水化热，进而降低混凝土内部发热量，同时通过对骨料的合理选用，减少混凝土因骨料而引起的膨胀，再通过其他技术和施工措施以减少大体积混凝土产生裂缝的机率。

由于低热水泥水化热相对较小，能够很好地抑制大体积混凝土裂缝的产生。但由于现阶段周边市场上很难买到低热水泥，因此不考虑使用低热水泥这一措施。故计划采取以下措施来防止进水塔混凝土产生裂缝。

3.2.1施工措施

搭设全封闭砂石料储料仓，避免阳光照射，高温季节降低仓内骨料温度；平时尽量多备料，并拢堆，以便材料内部热量能够充分散发。降低拌和水温度，计划采用冷却能力6m3/h的制冷机生产拌和用水（在扣除了砂石骨料中含水量的情况下，能供应的混凝土生产能力约为60m3/h）；冬季施工时，用温水拌制混凝土，提高混凝土浇筑温度，确保混凝土浇筑过程中不结冰，以保证混凝土强度的增长。

为避免混凝土浇筑过程中的热量倒灌，使混凝土产生温升，夏季施工时，在混凝土罐车外部加裹保温被或反光材料；同时密封现场混凝土皮带输送机，对box下料管进行保温包裹，加快平仓振捣速度，混凝土振捣密实以后立即覆盖保温材料进行保温；降低浇筑层厚度，便于内部混凝土水化热散发，避免混凝土内外温差过大产生裂缝。

进水塔计划采用普通钢模板，混凝土每次浇筑厚度约3.00m，便于内部混凝土水化热散发，避免混凝土内、外温差过大产生裂缝；尽量避免高温时段浇筑混凝土，充分利用低温季节和早晚及夜间气温低的时段浇筑。

合理控制混凝土起浇时间：由于底板处于强约束区，温控标准较严格，因此底板混凝土安排在低温季节进行浇筑。

3.2.2技术措施

3.2.2.1采用灰岩骨料，减少收缩量

由于灰岩骨料的收缩比较小，采用灰岩骨料可以减少混凝土的收缩。通过对料场的了解，有生产符合要求的灰岩骨料厂家。

掺加粉煤灰优化配合比，降低发热材料（水泥）的用量，在改善混凝土浇筑性能的同时，降低混凝土内部温升（无表面保护时约为0.10℃/kg，有表面保护时约为0.12℃/kg）。

3.2.2.2采用三级配常态混凝土

采用三级配常态混凝土时，添加聚羧酸高效减水剂，浇筑进水塔，在保证水胶比不变的情况改下，进一步减少水泥用量。

3.2.2.3安装冷却水管

在混凝土内埋设水平间距1.50m，垂直间距1.50m的冷却水管，用向预埋在混凝土中的冷却水管的方法进行冷却，使混凝土内部热量及时散失。冷却通水时混凝土温度与冷却水之间的温差不超过250℃，降温速度≤10℃/d。

通水冷却实行个性化通水，混凝土最高温度出现之前通水流量≥2.00m3/h；混凝土最高温度出现之后，通水温度与混凝土最高温度之差控制在250℃以内，通水流量521.20～1.50m3/h，使混凝土的最高温度不超过允许的最高值。通水冷却从混凝土下料浇筑开始。当河水温度较低时通河水，若河水温度较高时通不高于150℃制冷水。冷却时间控制在15-20 d，冷却水方向24h调换一次。