徐宏狀

(云南省水利水電工程有限公司，云南 昆明 650231)

1 混凝土裂縫的類型和成因分析

1.1 混凝土收縮裂縫

混凝土隨溫度和濕度的變化要產(chǎn)生熱脹冷縮、濕脹干縮的現(xiàn)象,當收縮變形受到約束時則構件將產(chǎn)生拉應力和拉應變,拉應變值超過了混凝土容許值時即產(chǎn)生裂縫。鋼筋混凝土大壩體積巨大,而水與混凝土的比熱值相差較大,當空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時,混凝土壩體極易產(chǎn)生收縮裂縫,有些壩體混凝土在施工時邊澆筑邊養(yǎng)護邊產(chǎn)生裂縫。

1.2 混凝土結構受力裂縫

鋼筋混凝土結構構件是依靠鋼筋控制裂縫的開展,使其不超過裂縫寬度的容許范圍,當由于存在配筋設計方案欠妥、混凝土材料性能不達標,或者是施工過程出現(xiàn)了地基沉陷、施工荷載過大等因素,從而導致壩體結構產(chǎn)生受力裂縫。

1.3 混凝土鋼筋銹蝕裂縫

鋼筋表層腐蝕后生成鐵銹,體積可增加幾倍,擠壓外側混凝土并使之產(chǎn)生垂直于徑向脹壓力的拉應力。當拉應力超過混凝土的承載能力后就將在混凝土保護層上引發(fā)順沿鋼筋的縱向裂縫,導致混凝土裂縫繼續(xù)擴大。

1.4 混凝土堿集料反應裂縫

混凝土堿集料反應裂縫主要是指水泥中的堿與骨料中的活性二氧化硅發(fā)生化學反應即堿硅酸鹽反應(簡稱ASR反應),反應生成物堿硅酸鹽凝膠體積膨脹所引發(fā)的裂縫。當選取的骨料中堿性物質含量超標時,混凝土極易產(chǎn)生此類裂縫。

2 防止壩體混凝土出現(xiàn)裂縫的對策

2.1 使用低溫低熱混凝土

2.1.1 低熱混凝土,又稱低發(fā)熱溫升混凝土?；炷恋乃療釡厣菧啬磷罡邷囟鹊闹匾M成部分,而伴隨發(fā)熱溫升出現(xiàn)的熱量外散則可以降低一些混凝土的蓄熱量和實際溫升度。降低混凝土發(fā)熱量主要依靠合理選配材料,如低熱水泥、低水泥量、摻混合材、外加劑以及大骨料等,是大壩之類混凝土的主要裂控手段。

2.1.2 低溫混凝土,又稱低澆筑溫度混凝土。夏季施工混凝土的澆筑溫度常高達25℃～30℃。如果通過預冷材料降至10℃就等于將混凝土工程的最高溫度 (Tmax)和內(nèi)外溫差(△Td)各降約 15℃～20℃,并因此收到相當大的減免溫裂效果。目前,美國在此方面的技術相當成熟,并已成為國際標準的施工方法。大量實踐證明:只要將Tp降到10℃以下并配合采取其他裂控措施,就不會出現(xiàn)值得關注的溫度裂縫。

2.2 混凝土妥善配料

2.2.1 水泥及混合料、外加劑

為了配制低發(fā)熱、低升溫的混凝土,在設計強度不高的壩體混凝土工程中,通常選用較低發(fā)熱量的水泥(摻混合材水泥)和采用較低水泥量的配合比。但在設計強度較高的大體積混凝土工程中,則既要求水泥具有高活性,亦希望水泥是低發(fā)熱(緩發(fā)熱)的,其摻有高磨細度礦渣粉的高強礦渣硅酸鹽水泥多可具有這種特性。同時選擇干縮性能較好的水泥也是控制收縮裂縫的一個重要方面。

混合料摻入水泥中大多可以降低水泥發(fā)熱量和延緩發(fā)熱時間,這有利于延緩混凝土的溫升過程;但有些混合材也可延緩混凝土的強度發(fā)展或增大混凝土的干縮性,需要通過試驗研究確定。外加劑(減水劑、引氣劑)能改善混凝土的和易性,有助于混凝土的澆筑均勻和振搗密實度,提高混凝土的抗拉性和抗裂性,使用時需要進行試驗研究并嚴控施工質量。

2.2.2 骨料

眾所周知,加大粗骨料最大粒徑、調(diào)整好砂石顆粒級配、減少砂中的泥污含量,有利于減少混凝土拌和需水量(以至水泥量),從而減小混凝土的干縮性(以至發(fā)熱性);而帶棱角有麻面的碎石則較有利于混凝土的抗拉伸性,粗骨料巖石類碎石可以大大減少混凝土的干縮性和冷縮性,有效降低裂縫的產(chǎn)生。

3 壩體混凝土裂縫控制施工要點

3.1 配制低溫混凝土要點

3.1.1 冰屑化水降溫法

冰融化成水吸收的熱量是用水冷卻所吸收的熱量的5倍,通常可用冰屑取代相應量的拌合水,以降低混凝土拌合溫度。

3.1.2 骨料真空降溫法

向骨料堆上噴灑冷水可以適當降低混凝土的溫度,運用真空降溫法是常規(guī)灑水降溫法效率的10倍左右。骨料真空降溫操作要點為:在鋼筒倉(壓力容器)內(nèi)裝進濕骨料91t～272t,經(jīng)抽真空將倉內(nèi)壓力降至6mmHg柱,這就可依靠骨料顆粒表面上游離水的蒸發(fā)制冷,在經(jīng)約45min時間將骨料從43t的初溫降至平均約10℃,降溫效果十分顯著。

3.1.3 液氮降溫法

液氮是惰性深冷液體,用其降溫,具有操作簡便、效能極高的特點。液氮可用來將水制冷(降至1℃)。將液氮直接噴注于處在拌和中的混凝土內(nèi),拌合物溫度即可按需降低,而液氮則轉變?yōu)闅鈶B(tài)N2逸出(室內(nèi)氮氣可經(jīng)排風扇排出),混凝土拌和降溫用消耗量標準為7kg/(m3·℃)～12kg/(m3·℃)。

3.2 混凝土配料要點

優(yōu)先選用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥,按每立方米摻加2.3kg～2.5kg的標準在混凝土中適當摻入減水劑、引氣劑等外加劑,以利于振搗密實。選用粒徑5mm～25mm、級配良好、抗壓強度高的碎石作為粗骨料,選用平均粒徑大于0.5mm的中粗砂作為細骨料,以減少用水量和水泥用量,降低混凝土溫度,同時要避免選用指標超常的堿骨料。

3.3 壩體混凝土要分段澆筑并接縫設置要點

壩體混凝土須按照分段(分塊)分層施工,按適當?shù)拈g隔時間依序分塊澆筑;通過縮短塊長以減小基底對塊體變形的約束力,通過縮短塊厚以便于內(nèi)熱外散和避免蓄熱太高。其在各個塊體之間的預留縫則大多在間隔一段時間之后壓灌水泥漿 (或向預留槽內(nèi)填灌混凝土)將各單個塊體連接成整體?；炷链髩蔚姆挚p分塊應沿壩軸方向按15m～20m長劃分為若干段。塊體澆筑層厚度是影響內(nèi)熱外散速率的重要因素,夏季一般1m～2m,其他季節(jié)可以適當增加。在壩體施工時,要嚴格按照設計要求和施工要點進行沉降縫、伸縮縫的施工。

3.4 澆筑施工控制要點

澆筑前,應清除模板內(nèi)的積水,鐵絲,鐵釘?shù)入s物,并以水濕潤模板。使用鋼模應保持其表面清潔無浮漿,檢查模板和腳手架,鋼筋,預埋件等符合要求后方可進行澆筑。采用插入式振搗器搗實混凝土的移動間距,不宜大于其作用半徑的1.5倍,振搗器距離模板不應大于振搗器作用半徑的1/2;并應盡量避免碰撞鋼筋,模板,預埋管等,振搗器應插入下層混凝土5cm;要保證連續(xù)澆筑施工。

3.5 壩體混凝土養(yǎng)護要點

可采用蓄水法保溫養(yǎng)護,于預留孔內(nèi)蓄水適當深度。為保證冷卻水溫度控制可靠、流量調(diào)節(jié)方便并節(jié)約用水,將循環(huán)水管的一端接至水池的150mm總排水管,另一端接至基礎底面,使冷卻水循環(huán)往復,有效控制內(nèi)外溫差,防止表面干裂生縫。

[1]李治.基礎大體積混凝土防裂縫控制措施[J].低溫建筑技術,2007(2).

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[3]朱中聯(lián),楊敏華.大體積混凝土防裂施工要點探討[J].科技創(chuàng)新導報,2008(11).

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