水工混凝土溫控防裂措施研究

尚衍紹　高　武

摘要：本文通過水工混凝土的特點，說明水工混凝土裂縫的類型、產(chǎn)生原因及危害，從材料方面，結(jié)構(gòu)方面，施工方面，綜合管理方面提出混凝土溫度防裂措施。

關(guān)鍵詞：水工混凝土 溫控防裂措施 研究

1 水工混凝土的特點

無論何種混凝土壩型，就其尺寸和體積來說，都是大體積混凝土。大體積混凝土由于水泥水化過程中產(chǎn)生的大量水化熱不易散發(fā)，澆筑后初期，混凝土內(nèi)部溫度急劇上升引起混凝土膨脹變形。此時的混凝土彈性模量還很小，因而在升溫過程中由于基礎約束餛凝土膨脹變形而產(chǎn)生的壓應力很小。但隨著混凝土齡期的增長，水化作用逐漸減弱，水化熱逐漸減少，同時混凝土的強度和彈性模量逐漸增大。而此時混凝土的溫度逐漸降低，混凝土發(fā)生收縮變形時又受到基礎的約束，收縮變形就會產(chǎn)生相當大的拉應力。在分析計算混凝土塊體溫度應力時，由于升溫階段的壓力很小，往往可以忽略不計。因此大體積混凝土一方面后期降溫的拉應力很大，另一方面混凝土是抗拉強度僅為抗壓強度一的脆性不均勻體，因而抵抗溫度拉應力的能力很低。當拉應力或拉伸應變超過混凝土抗拉強度或極限拉伸值時就會產(chǎn)生溫度裂縫。

2 裂縫的類型、產(chǎn)生原因及危害

混凝土壩發(fā)生裂縫的主要原因，是溫度和濕度的變化、混凝土本身的脆性和不均勻性、以及分縫分塊不恰當和結(jié)構(gòu)形式不合理等等。此外原材料不合格、模版變形和基礎不均勻沉陷，也會引起裂縫。不過混凝土最常見的裂縫，主要還是溫度裂縫?；炷翂蔚臏囟攘芽p，按其發(fā)生的部位和深度，原因即性質(zhì)主要分為以下幾種。

2.1 表面裂縫 表面裂縫是大體積混凝土最常見的裂縫，分為豎向活水平向，即位于澆筑面頂層或水平施工縫上，其長度或深度一般較小，為貫穿整個倉面或澆筑層。表面裂縫多發(fā)生在大壩施工過程中，多為氣溫驟降作用引起，以混凝土齡期最容易出現(xiàn)。表面裂縫危害一般較小，但也視發(fā)生的部位和壩體內(nèi)溫度狀態(tài)而定。如果位于基礎約束區(qū)及上游面等敏感部位，且壩體內(nèi)溫度較高，需作適當處理，以防止其繼續(xù)發(fā)展和惡化成為基礎貫穿或深層裂縫。

2.2 基礎貫穿裂縫 基礎貫穿裂縫發(fā)生于壩塊基礎部位，裂縫寬度較大，深度穿過一個甚至幾個澆筑層。這類裂縫一般發(fā)生于壩塊后期的整個降溫過程中，或長間歇的基礎約束區(qū)混凝土受氣溫驟降及內(nèi)部降溫的聯(lián)合作用引起。裂縫寬度為上大下小?；A貫穿裂縫危害性最大，影響壩體的整體性與安全。因為這種裂縫一旦發(fā)生在壩體的橫斷面上，就會把壩體分割成獨立的塊體，壩的整體性即遭到破壞，使壩體應力將發(fā)生變化并重新分布，特別是反應在上游壩踵處，將出現(xiàn)較大的拉應力，影響壩的穩(wěn)定，直接危害壩的安全。如果這種縫發(fā)生在壩的縱斷面上，當其與迎水面相通時，還會引起嚴重的漏水。因此，防止基礎貫穿裂縫是大體積混凝土溫控的主要目標。壩體一旦發(fā)生此類裂縫，必須查清原因，認真處理，消除影響并防止其繼續(xù)發(fā)展。

2.3 深層裂縫 它僅限于壩塊表層，但其深度及長度較大，貫穿了整個倉面及澆筑層。由于其位于壩塊表層，又是從表面開裂發(fā)展而成，也叫做表面深層裂縫。此類裂縫發(fā)生于大壩施工過程中，多為長時間間歇頂面受氣溫驟降作用，或長期暴露受內(nèi)外溫差和氣溫驟降聯(lián)合作用引起此外，還可由澆筑層底部不平整成臺階狀引起。這種裂縫施工現(xiàn)場中比較常見，要根據(jù)發(fā)生的部位和裂縫危害性，壩體內(nèi)溫度狀態(tài)和邊界條件，作妥善處理，防止其繼續(xù)發(fā)展形成基礎貫穿裂縫。

2.4 網(wǎng)狀裂縫 網(wǎng)狀裂縫一般發(fā)生在混凝土塊體的暴露面，裂縫的形態(tài)與分布很不規(guī)則，且深度極淺，主要由于澆筑后養(yǎng)護不善造成，尤其是高標號混凝土早期更容易出現(xiàn)這類裂縫。網(wǎng)狀裂縫主要由于塊體表面混凝土干縮引起，本身危害不大，但當混凝土干縮與降溫收縮相疊加時，就會產(chǎn)生危害性較大的裂縫[1]。

3 混凝土溫度控制及防裂措施

3.1 材料方面

3.1.1 提高混凝土抗裂能力

混凝土配合比設計和混凝土施工應保證混凝土設計所必需的極限拉伸值或抗拉強度、施工均制性指標和強度保證率，有條件時還要優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)較低的砂石料。由于溫控防裂設計的安全儲備遠小于結(jié)構(gòu)設計，而且實際施工中混凝土施工均制性有時較差，所以在施工過程中，除滿足前述設計要求的混凝土抗裂能力外，還應改進混凝土施工管理和施工工藝，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

3.1.2 控制混凝土水化熱 控制混凝土水泥水化熱主要通過采用發(fā)熱量低的中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，選擇較優(yōu)骨料級配和摻粉煤灰、外加劑，以減少水泥用量和延緩水化熱發(fā)散速率等措施。

3.1.3 控制混凝土自身體積變形 采用微膨脹混凝土能補償部分混凝土溫降引起的收縮變形，與此相反，混凝土自身體積變形為收縮者將增大混凝土出現(xiàn)裂縫的可能性。目前控制混凝土自身體積變形使其具有一定膨脹性，主要可以采用以下措施低熱微膨脹水泥混凝土[2]。

3.2 結(jié)構(gòu)方面

3.2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)型式 實踐經(jīng)驗證明，現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，絕大多數(shù)與溫度應力有關(guān)，結(jié)構(gòu)型式選擇恰當，就可能減少溫度應力，從而減少裂縫。在寒冷地區(qū)修建薄拱壩和支墩壩，由于厚度較小，受外界氣溫的影響較大，容易產(chǎn)生溫度裂縫，對于防止裂縫是不利的。

3.2.2 適當分縫分塊 根據(jù)壩址氣候條件、壩體結(jié)構(gòu)特點、施工機械及施工溫控水平，并考慮溫控措施合理配套，對大壩進行合理分縫分塊，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)設置一系列縱橫縫。根據(jù)目前己有的經(jīng)驗，橫縫間距以巧為宜?？v縫是平行于壩軸線的接縫，有直縫、斜縫和錯縫等幾種型式。實際經(jīng)驗表明，錯縫在壩體降溫過程中容易被拉開，一般不宜采用。

3.2.3 配置鋼筋 大體積混凝土的裂縫，主要由溫度應力和干縮應力產(chǎn)生。由于鋼筋不會干縮，鋼筋的存在會阻止混凝土的干縮變形，使混凝土內(nèi)干縮應力增加，所以不能用鋼筋來防止干縮裂縫。在壩塊常溫和允許應力范圍內(nèi)，當混凝土達到極限變形時，混凝土內(nèi)鋼筋的應力僅約為。因此要配置大量的鋼筋方可防止溫度裂縫，這在經(jīng)濟上顯然是不能接受的，但配筋確實是可以限裂的。例如在預計要長期暴露的混凝土層面或過水度汛的混凝土面，在其表面配置適當數(shù)量的鋼筋網(wǎng)，可以防止貫穿性或深層裂縫的產(chǎn)生。也有一些混凝土壩為加強上游面的抗裂能力，在上游面設置鋼筋網(wǎng)[3]。

3.3 施工方面

3.3.1 合理安排混凝土施工程序和施工進度 合理安排混凝土施工程序和施工進度是防止基礎貫穿裂縫，減少表面裂縫的主要措施之一。施工程序和施工進度安排，應滿足如下幾點要求基礎約束區(qū)混凝土在設計規(guī)定的間歇期內(nèi)連續(xù)均勻上升不應出現(xiàn)薄層長間歇?；A強約束區(qū)混凝土應在低溫季節(jié)澆筑施工。其余部分基本做到短間歇連續(xù)均勻上升。相鄰塊、相鄰壩段高差符合規(guī)范允許高差要求。

3.3.2 控制壩體最高溫度 應采取必要溫控措施，使壩體實際出現(xiàn)的最高溫度不超過壩體設計允許最高溫度?？刂茐误w實際最高溫度的有效措施是降低混凝土澆筑溫度、控制混凝土水泥水化熱溫升。

3.4 綜合管理方面 溫控防裂工作是一項復雜的系統(tǒng)工程，除了從配合比設計、拌和、澆筑、冷卻通水、養(yǎng)護外露面保溫幾個環(huán)節(jié)做好工作外，合理安排倉位、科學配置資源、加快入倉速度及加強倉面保護等對混凝土溫控也有重要作用。

參考文獻：

[1]趙代深.混凝土重力壩的溫度應力[J].土木工程學報.1993年8月.

[2]李承木.約束混凝土的溫度防裂性試驗研究[J].四川水力發(fā)電.1993年8月.

[3]王篤學.溫度對混凝土的影響[J].四川建筑學報.1997年1月.