水利工程大體積混凝土抗裂技術(shù)分析

曹二杰+王書果

摘 要： 大體積混凝土因其高強度、高抗震性能、經(jīng)濟適用等優(yōu)勢，在水利工程施工中得到了廣泛應(yīng)用。大體積混凝土施工技術(shù)，對水利工程整體質(zhì)量有直接影響。而大體積混凝土的施工組織和施工技術(shù)相對復(fù)雜，施工難度也比較大。尤其是抗裂施工，要求施工單位必須加強對大體積混凝土的管理和監(jiān)控，有效防止裂縫，全面提高施工質(zhì)量。

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、經(jīng)濟適用、抗震性好、強度高等優(yōu)勢。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，進而形成裂縫。水利工程施工的項目比較多，大體積混凝土在水閘、涵洞、壩等施工項目中的應(yīng)用尤為頻繁大體積混凝土施工的技術(shù)難點，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)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(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.就會使應(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早就將自身收縮作為一項性能指標(biāo)進行測定和考慮。

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，混凝齡期較短，抗拉強度很低。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度.則會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

三、水利工程大體積混凝土抗裂施工要點分析

1、對溫差裂縫的預(yù)防

由于溫差造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，主要是因為水氣化作用下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部溫度出現(xiàn)差異過大造成的，引起水汽熱現(xiàn)象的主要原因是水與水泥的配置標(biāo)準(zhǔn)、外加劑及攙和劑的選擇以及單位用水量等，還有就是對施工過程中的控制。所以，對施工技術(shù)的控制也避免大體積混凝土構(gòu)造出現(xiàn)裂縫的有效辦法，在實際工作中應(yīng)該加以注意。

（1）澆筑厚度與速度的控制

澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)的方案一般可分為三類：全面分層、分段分層和斜面分層。對混凝土澆筑強度要求較大的是全面分層法，要求最小的是斜面分層法，在工程施工中，可以根據(jù)具體的搗實方法、尺寸與混凝土的供應(yīng)能力來選擇具體的澆筑方案，現(xiàn)在最常用的方法主要是斜面分層法。

（2）密實度的控制

為了使入模的混凝土成型和增加其密實度，就要對混凝土進行搗實作業(yè)。在混凝土進入到模內(nèi)后，應(yīng)該立刻進行充分的振搗，使模板的每個角落都充滿混凝土，并使氣體在振搗的過程中排出，這樣混凝土的密實度就大大提高，體積較大的混凝土構(gòu)造最好進行多次振搗技術(shù)，振搗次數(shù)越多，混凝土的強度就會越大，其抗裂縫的性能也就越強。

（3）初始溫度的控制

對混凝土拌合物及出料口的溫度進行控制。如果施工所在的季節(jié)性溫度較高，那么出機口的混凝土拌和物的溫度也會比較高，這種情況下要人工進行降溫。例如用冷水噴淋預(yù)冷骨料或一次、二次風(fēng)冷骨料，加冰片或冷水扳指混凝土等。當(dāng)然還可以在壩體混凝土內(nèi)部提前埋設(shè)冷水管，然后進行通水冷卻。

（4）拆模時間控制

拆模的時間也很重要，一般越晚越好，在模拆掉之后，要保持混凝土的表面溫度在應(yīng)15℃以上，混凝土的現(xiàn)場試塊強度不低于C5。

2、對收縮裂縫的防治

防治收縮裂縫的產(chǎn)生主要從混凝土結(jié)構(gòu)的原材料入手，因此對水泥的種類、水泥的用量及水灰比的控制，摻合料、骨料、外加劑等原材料的選擇，對于防治裂縫都是較為重要的。

（1）水泥的選用

水利工程中，大壩的建設(shè)屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，因此為了防止裂縫的產(chǎn)生，在混凝土的選用上要選擇初期強度高、塑性性能好、低含堿量、低發(fā)熱量、初凝期長的專門為在大壩施工中使用的特制水泥。普通硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分。

礦物C2S 是比較適合的，要嚴(yán)格控制C3A 的含量。對其化學(xué)成份最好能控制到C2S十C3S≥80%、C3A ≤5%、C4AF≤15%。還有就是水泥的品種并不是越多越好，不宜過多，進入工地后也要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測合格后才能應(yīng)用到工程中，此外還需要對混凝土的各項標(biāo)準(zhǔn)進行試驗，一旦不達標(biāo)，絕對不能用于施工。

（2）水灰比及水泥用量

混凝土的配置，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行配置，減少單位用水量，水泥用量也不宜過多，要保證水泥的流動性和保水性，確保所配置出的混凝土都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，防止不合格混凝土的出現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)配置的混凝土不達標(biāo)，堅決不能用于澆筑。因此對混凝土配置中的最小水泥用量和最大水灰比可以按照表2 中的規(guī)定來進行配置。

（3）砂石骨料

在大體積混凝土中骨料占的比例比較大，可以達到混凝土絕對體積的80% -83%，所以在對骨料進行選擇時，要選擇那些巖石彈模較低、膨脹系數(shù)較小、級配良好、表面清潔無弱包裹層的骨料細粉含量，只有選用這些質(zhì)地較好的骨料才能保證混凝土的工作性能，不僅能提高混凝土的密實性和耐久性，更重要的是混凝土的抗裂性能也會大大的提高。根據(jù)研究表明，砂子中石粉的比例在15%-18%之間時為最佳配比。

（4）摻和料

為了增強混凝土的強度和壽命，在水泥摻合料的選擇上，要采用經(jīng)過測試的達標(biāo)的活性材料，否則會影響到混凝土的使用壽命，其強度也會下降。粉煤灰的含堿量和含硫量低，需水量小，都可以摻合在混凝土中進行施工使用。粉煤灰摻合進混凝土中后，可以將混凝土的耐久性和抗?jié)B性大大提高，還可以降低混凝土的收縮量，膠凝材料體系的水化熱也會大大減少，混凝土抗拉強度隨之也會大大增加，抑制了堿骨料的反應(yīng)造成大體積混凝土構(gòu)造出現(xiàn)裂縫的幾率。此類好處全部都可以大大提高混凝土的抗裂性，當(dāng)然，并不是只有這一類摻合料比較好用，還有其它的，諸如：礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥等在施工中也是經(jīng)常使用的，其質(zhì)量也是比較好的。

（5）外加劑

混凝土的攪拌中添加高效減水劑和引氣劑，進行復(fù)合使用，在大體積混凝土的單位用水量和膠凝材料用量上大大降低，提高了新拌混凝土的工作強度，混凝土在硬化后的耐久性、大大提高，熱學(xué)、力學(xué)及變形等主要性能都起到重要的和關(guān)鍵的作用，混凝土的高效性能的發(fā)揮離不開外加劑的使用，外加劑成為增加混凝土關(guān)鍵性能的重要組成部分，應(yīng)該得到積極的使用。

四、結(jié)束語

綜上所述，針對大體積混凝土的裂縫問題，應(yīng)從混凝土選料、配置及施工過程中逐步控制，是可以預(yù)防的。在操作中一定要把好各個過程關(guān).遵循規(guī)范化，才能提升水利工程大體積混凝土質(zhì)量。■

參考文獻

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