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        淺析水利工程大體積混凝土施工裂縫的防治措施

        2020-12-07 10:21:31
        魅力中國(guó) 2020年52期

        (寧夏回族自治區(qū)固海揚(yáng)水管理處,寧夏 中衛(wèi) 755100)

        一、大體積混凝土開(kāi)裂的原因

        (一)收縮開(kāi)裂。當(dāng)澆注水泥混凝土?xí)r,在水泥的水合作用期間產(chǎn)生大量的水合作用熱,這使混凝土的整體溫度迅速升高。然后水泥混凝土外表溫度迅速消散,但中心溫度下降緩慢?;炷琳w中心會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力,而內(nèi)部和外部拉伸應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致拉伸應(yīng)力集中。當(dāng)內(nèi)部和外部拉伸壓縮應(yīng)力與中央拉伸強(qiáng)度一樣高時(shí),收縮后會(huì)形成裂縫。

        (二)溫度裂縫。一般來(lái)說(shuō),大體量混凝土澆筑的施工需要一次澆筑,澆筑后,由于水泥大量水化而形成的水化熱容易擴(kuò)散到內(nèi)部組織,使混凝土內(nèi)部溫度明顯升高,表面散熱效果加快。溫差是由水泥混凝土的壓應(yīng)力和表面的拉應(yīng)力引起的。然而,在固化時(shí)間短,拉伸強(qiáng)度較低。當(dāng)溫差引起的體表內(nèi)拉應(yīng)力達(dá)到高抗拉性能、高強(qiáng)度混凝土的突破極限時(shí),混凝土外表面會(huì)出現(xiàn)明顯的貫穿裂縫。

        二、防裂措施

        (一)水泥的選擇。大體積混凝土水泥應(yīng)選擇低熱值,低堿,高初始強(qiáng)度,長(zhǎng)的初始凝結(jié)期的水泥。C2S 是更合適的礦物質(zhì),C3A 的含量需要控制??刂苹瘜W(xué)成分最好達(dá)到C2S+C3S80,C3A5,C4AF15。高強(qiáng)度混凝土水泥用量不宜供過(guò)多或應(yīng)適當(dāng)加入一定數(shù)量的粉煤灰代替水泥,改善混凝土的粘塑性,降低水泥水化熱。

        (二)水泥量和水泥比。配制混凝土配合比時(shí),應(yīng)盡量減少建筑材料的使用和實(shí)際用水量,但不應(yīng)損失水泥的流動(dòng)性、凝結(jié)強(qiáng)度和持水能力,防止混凝土材料準(zhǔn)備不足或澆筑困難。

        (三)砂礫石料。骨料在大體積混凝土中的百分比通常為混凝土絕對(duì)體積的80 至83,因此在選擇骨料時(shí),應(yīng)選擇線性膨脹系數(shù)低,巖石彈性低,表面清潔且涂層低的骨料,具有良好的聚集性。

        除了滿足骨料標(biāo)準(zhǔn)的要求外,還可以適當(dāng)放寬石粉或細(xì)粉的含量,以提高混凝土的可加工性,并提高混凝土的密實(shí)性,耐久性和抗裂性。

        (四)外加劑。摻入不合格材料將對(duì)混凝土材料的高強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)人的使用壽命產(chǎn)生很大影響。雨后積水的混凝土材料工程項(xiàng)目應(yīng)摻加抗裂引氣劑,并根據(jù)同一地區(qū)不同混凝土板的要求選用相同的減水劑,如果粉煤灰的細(xì)度與水泥顆粒的細(xì)度相等,則燃燒損失小,硫含量和堿含量小,需水量少,可以將其混合并用于混凝土中。在水泥混凝土中摻入礦渣微粉,可以提高混凝土的抗?jié)B性和耐久性,降低外加劑體系施工中的溶解熱,大大提高混凝土的抗拉強(qiáng)度比、倒堿的團(tuán)聚反應(yīng)程度,提高混凝土施工質(zhì)量?;炷敛牧洗嬖谠S多缺點(diǎn)和不足,因此需要提高混凝土的抗裂性能。外用混合建材、工業(yè)廢渣硅酸鹽建材、火山噴發(fā)硅酸鹽建材都是不錯(cuò)的選擇。

        (五)溫差防裂。溫差開(kāi)裂是由于混凝土水化熱的內(nèi)部溫度與混凝土表面之間的溫差過(guò)大而引起的混凝土裂縫。

        1.降低注入速率并減少注入層的厚度。大體量混凝土澆筑可分為:整體分層澆筑,分段分層澆筑和多層邊坡澆筑。復(fù)合凝固法對(duì)混凝土澆筑的要求較高,強(qiáng)度較高,而垂直向下堆積法對(duì)混凝土澆筑的要求較低。在施工期間,可根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體含量和尺寸,夯實(shí)的一種方法以及強(qiáng)大的水泥混凝土連續(xù)供應(yīng)能力選擇澆筑方案。

        2.加強(qiáng)混凝土的澆筑振搗,提高密實(shí)度。大體積混凝土工程澆筑過(guò)程分層、循環(huán),高頻振搗,使入倉(cāng)的混凝土充滿每個(gè)角落,并迅速釋放氣泡,實(shí)現(xiàn)混凝土的混合液化,使其分布均勻,以提高混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度、抗裂性。

        3.控制初始溫度。(1)為了有效地減小混凝土板的表面與內(nèi)部之間的晝夜溫差,必須控制混凝土機(jī)械出口處的溫度??梢钥刂苼?lái)自攪拌站的混凝土的室內(nèi)溫度,然后控制室內(nèi)溫度和控制原材料,從而可以實(shí)施冷卻和固化措施。澆筑溫度的控制是主要要選擇合理的澆筑時(shí)間,完善澆筑工藝和加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作。(2)在大體積混凝土中預(yù)埋充冷水管,并在步驟1 和2 中進(jìn)行水冷卻。

        為了更有效的控制混凝土內(nèi)部溫度升高,采用預(yù)先在混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)埋設(shè)水循環(huán)冷卻管,連通施工區(qū)內(nèi)蓄水池,確保循環(huán)水溫度,進(jìn)行冷卻。在現(xiàn)場(chǎng)建造混凝土板的過(guò)程中,輸入冷卻水在循環(huán),多余的熱量通過(guò)冷卻管散發(fā)。冷卻系統(tǒng)逐漸流動(dòng),帶走混凝土板中的熱能,可以有效地控制水泥混凝土的溫度。

        三、混凝土裂縫的加固處理

        (一)灌漿處理。加筋注漿是處理混凝土裂縫的有效方法,灌漿孔布局采用漸進(jìn)的致密化方法,即在需要加固灌漿的混凝土中鉆孔和灌漿。

        (二)結(jié)構(gòu)加固。對(duì)于嚴(yán)重的混凝土裂縫質(zhì)量問(wèn)題,例如通過(guò)大壩混凝土中的裂縫,大壩主體應(yīng)力會(huì)重新分配,并且危險(xiǎn)的拉應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)在大壩的上游。在灌漿后恢復(fù)抗剪強(qiáng)度方面,僅依靠灌漿處理是不安全的,必須與結(jié)構(gòu)處理結(jié)合使用。

        處理結(jié)構(gòu)的方法有很多,一種是用于加固小槍管的鋼地腳螺栓。另一種方法是在壩體穩(wěn)定后沿裂縫表面開(kāi)一個(gè)寬約1m 的溝槽,將其拖成兩側(cè)的鍵槽形狀,并用優(yōu)質(zhì)混凝土重新填充。

        (三)開(kāi)挖后補(bǔ)給。有些零件有裂縫,澆筑事故,混凝土強(qiáng)度不足等,效果非常復(fù)雜,目前普通水泥灌漿很難達(dá)到預(yù)期效果,甚至結(jié)構(gòu)加固措施也不夠有效。此時(shí),通??紤]開(kāi)挖后的補(bǔ)給,只要在補(bǔ)給過(guò)程中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和溫度應(yīng)力,就可以將新舊混凝土結(jié)合起來(lái)。

        從以上討論可以看出,通過(guò)逐步控制混凝土原材料選擇,混凝土澆筑過(guò)程溫度控制和施工措施的完善,可以防止大體積混凝土中的裂縫產(chǎn)生。在工作時(shí),必須對(duì)每個(gè)過(guò)程進(jìn)行良好的管理和標(biāo)準(zhǔn)化的施工,以確保大體積混凝土水工結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,從而確保國(guó)家和人民的安全。

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