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摘要:水利工程中大体积混凝土施工会产生裂缝，本文结合个人多年工作经验介绍了所产生的原因以及对裂缝的控制措施,提出了混凝土补强处理方法,使得大体积混凝土水工建筑物的质量及安全得到保障。
关键词:水利施工 大体积混凝土 裂缝成因 措施
Abstract: the concrete construction of water conservancy project volume will crack, combining with the personal years of work experience introduces the causes and the control measures of crack, and put forward the concrete reinforcing treatment methods, makes a great volume concrete quality and safety of hydraulic structures are protected.
Keywords: water conservancy construction of mass concrete crack causes measures
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
水利工程大体积混凝土结构物,由于其截面尺寸较大,一般由外荷载引起裂缝的可能性很小,但由于水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,会产生较大的温度应力和收缩应力, 这将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。
1、大体积混凝土裂缝成因
1 . 1 收缩裂缝
混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力是很大的,特别是大体积混凝土结构物,如果应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土中,即使水灰比不低,自身收缩量值也不大的情况下,但在与温度收缩叠加到一起时,就会使应力增大,所以在比较大的水工建筑物大体积混凝土施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。
1.2 温差裂缝
水泥水化热引起的混凝土内部与混凝土表面的温差过大。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑,浇筑后,由于体积大水泥因水化引起水化热聚集在内部不易散发,其内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝龄期较短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度, 则会在混凝土表面产生裂缝。
1 . 3 安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。
2、裂缝的控制措施
2 . 1 对收缩裂缝的防治
在混凝土配置过程中应注意所选用的种、水泥用量及水灰比的控制, 骨料、掺外加剂的选用等。
2.1.1 水泥的选用
大坝混凝土应选用低发热量、低含碱期强度高、塑性性能好、初凝期长的特制泥。普通硅酸盐水泥熟料化学成分见表1 。
由上表可以看出, C2S是比较适合的矿物,而C3A的含量应该加以控制。其化学成份的控制最好能作到C2S十C3S≥80%, C3A≤5%,C4AF≤15%。水泥供应品种不宜过多过杂, 水泥运进工地以后应当严格地进行检验,并进行混凝土试验。
2.1.2 水泥用量及水灰比
在混凝土配制时,尽量减少水泥用量及单位用水量,但又不能失掉水泥的流动性、粘聚性和保水性,以免配制出的混凝土不合格,不能浇筑。所以对于最大水灰比和最小水泥用量有一个规定见表2 。
2.1.3 砂石骨料
骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%~83%,因此,在选择骨料时,应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
砂除满足骨料规范要求外,应适当放宽石粉或细粉含量,这样不仅有利于提高混凝土的工作性,而且可提高混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。有研究表明, 砂子中石粉比例一般在15%～18%之间为宜。
2.1.4 掺和料
水泥掺和料应当采用经过试验的、符合要求的活性材料,否则掺用不合格料也会大大影响混凝土的强度和寿命。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当,烧失量小,含硫量和含碱量低,需水量比小,均可摻用在混凝土中使用。混凝土中掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱骨料反应,减少新拌混凝土的泌水等。这些诸多好处均将有利于提高混凝土的抗裂性能。
2.1.5 外加剂
高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量, 改善新拌混凝土的工作度, 对提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用,是混凝土向高性能化发展的不可或缺的重要组分,应积极使用。
2 . 2 对温差裂缝的防治
温差裂缝,即混凝土水化热引起的内部温度与混凝土表面的温差过大而导致的混凝土裂缝。引起水化热大的因素,除水和水泥用量、单位用水量、掺和料和外加剂选用等混凝土配置上的因素外,还存在施工中的控制问题。因此,施工技术对于温差裂缝的控制也是极其有效的方法。
2.2.1 降低浇筑速度、减小浇筑层厚度
大体积混凝土结构的浇筑方案,可分为全面分层、分段分层和斜面分层三种。全面分层法要求混凝土浇筑强度大,斜面分层法混凝土浇筑强度小,施工中可根据结构物的具体尺寸、捣实方法和混凝土供应能力,选择浇筑方案,目前应用较多的是斜面分层法。
2.2.2 加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度
混凝土的捣实就是使入模的混凝土完成成型与密实的过程。混凝土浇筑入模后应立即进行充分的振捣,使新入模的混凝土充满摸板的每一角落,排出气泡,使混凝土拌和物获得最大的密实度和均匀性。体积较大的混凝土最好采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。
2.2.3 采用综合措施,控制混凝土初始温度
①限制混凝土拌和物的出料口温度。在气温较高的季节,刚刚出机口的混凝土拌和物料往往温度过高,必须采取人工降温措施。
②在坝体混凝土内预埋冷水管, 进行一、二期通水冷却。
2.2.4 拆模时间的控制
混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上,混凝土的现场试块强度不低于C5。
2.2.5 采用补偿收缩混凝土技术
根据具体工程特点, 采用UEA补偿收缩混凝土技术。
2 . 3 对安定性裂缝的防治
混凝土体积安定性是指水泥硬化过程中,体积变化是否均匀的性能。水泥安定性不良会导致构件产生膨胀性裂纹或翘曲变形,造成质量事故。混凝土配料时要严格检查其成分,已免水泥安定性不合格。
3、混凝土补强处理
有些裂缝不易处理,在进行以上的所有措施之后,仍无法消除裂缝,在需要的情况下可以进行补强处理。
3.1 灌浆处理
补强灌浆是处理混凝土裂缝的有效措施。灌浆孔布置采用逐步加密的方法, 即在需要补强灌浆的混凝土上钻孔灌浆。
3.2 结构补强
结构处理有多种方法,一种是小丰满补强时所采用的钢筋锚栓。另一种方法是在坝体达到稳定以后,沿裂缝面挖槽,槽宽1m左右,并在两面凿成键槽形状,然后回填质量优良的混凝土,这种方法可能是最有效的措施,但施工上比较复杂。
3 . 3 挖除后重新回填
有一些部位裂缝、浇筑事故、混凝土强度不足等情况应有尽有,其影响极为复杂,这时一般水泥灌浆很难收到预期效果,甚至采取结构补强措施也难以做到完全有效。这时往往考虑挖除后重新回填,回填时只要严格控制施工质量及温度应力,一般新老混凝土是可以结合好的。
4、结语
通过以上的论述可见, 大体积混凝土的裂缝问题, 在混凝土的选料、配置、施工过程中逐步控制,是可以预防的。在操作中一定要把好各个过程关,遵循规范化,才能使大体积混凝土水工建筑物得逞质量有所保障。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:水利施工 大体积混凝土 裂缝成因 措施
Abstract: the concrete construction of water conservancy project volume will crack, combining with the personal years of work experience introduces the causes and the control measures of crack, and put forward the concrete reinforcing treatment methods, makes a great volume concrete quality and safety of hydraulic structures are protected.
Keywords: water conservancy construction of mass concrete crack causes measures
中图分类号：TV文献标识码：A 文章编号：
水利工程大体积混凝土结构物,由于其截面尺寸较大,一般由外荷载引起裂缝的可能性很小,但由于水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用,会产生较大的温度应力和收缩应力, 这将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。
1、大体积混凝土裂缝成因
1 . 1 收缩裂缝
混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力是很大的,特别是大体积混凝土结构物,如果应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土中,即使水灰比不低,自身收缩量值也不大的情况下,但在与温度收缩叠加到一起时,就会使应力增大,所以在比较大的水工建筑物大体积混凝土施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。
1.2 温差裂缝
水泥水化热引起的混凝土内部与混凝土表面的温差过大。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑,浇筑后,由于体积大水泥因水化引起水化热聚集在内部不易散发,其内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。此时,混凝龄期较短,抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度, 则会在混凝土表面产生裂缝。
1 . 3 安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。
2、裂缝的控制措施
2 . 1 对收缩裂缝的防治
在混凝土配置过程中应注意所选用的种、水泥用量及水灰比的控制, 骨料、掺外加剂的选用等。
2.1.1 水泥的选用
大坝混凝土应选用低发热量、低含碱期强度高、塑性性能好、初凝期长的特制泥。普通硅酸盐水泥熟料化学成分见表1 。
由上表可以看出, C2S是比较适合的矿物,而C3A的含量应该加以控制。其化学成份的控制最好能作到C2S十C3S≥80%, C3A≤5%,C4AF≤15%。水泥供应品种不宜过多过杂, 水泥运进工地以后应当严格地进行检验,并进行混凝土试验。
2.1.2 水泥用量及水灰比
在混凝土配制时,尽量减少水泥用量及单位用水量,但又不能失掉水泥的流动性、粘聚性和保水性,以免配制出的混凝土不合格,不能浇筑。所以对于最大水灰比和最小水泥用量有一个规定见表2 。
2.1.3 砂石骨料
骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%~83%,因此,在选择骨料时,应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
砂除满足骨料规范要求外,应适当放宽石粉或细粉含量,这样不仅有利于提高混凝土的工作性,而且可提高混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。有研究表明, 砂子中石粉比例一般在15%～18%之间为宜。
2.1.4 掺和料
水泥掺和料应当采用经过试验的、符合要求的活性材料,否则掺用不合格料也会大大影响混凝土的强度和寿命。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当,烧失量小,含硫量和含碱量低,需水量比小,均可摻用在混凝土中使用。混凝土中掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱骨料反应,减少新拌混凝土的泌水等。这些诸多好处均将有利于提高混凝土的抗裂性能。
2.1.5 外加剂
高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量, 改善新拌混凝土的工作度, 对提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用,是混凝土向高性能化发展的不可或缺的重要组分,应积极使用。
2 . 2 对温差裂缝的防治
温差裂缝,即混凝土水化热引起的内部温度与混凝土表面的温差过大而导致的混凝土裂缝。引起水化热大的因素,除水和水泥用量、单位用水量、掺和料和外加剂选用等混凝土配置上的因素外,还存在施工中的控制问题。因此,施工技术对于温差裂缝的控制也是极其有效的方法。
2.2.1 降低浇筑速度、减小浇筑层厚度
大体积混凝土结构的浇筑方案,可分为全面分层、分段分层和斜面分层三种。全面分层法要求混凝土浇筑强度大,斜面分层法混凝土浇筑强度小,施工中可根据结构物的具体尺寸、捣实方法和混凝土供应能力,选择浇筑方案,目前应用较多的是斜面分层法。
2.2.2 加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度
混凝土的捣实就是使入模的混凝土完成成型与密实的过程。混凝土浇筑入模后应立即进行充分的振捣,使新入模的混凝土充满摸板的每一角落,排出气泡,使混凝土拌和物获得最大的密实度和均匀性。体积较大的混凝土最好采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。
2.2.3 采用综合措施,控制混凝土初始温度
①限制混凝土拌和物的出料口温度。在气温较高的季节,刚刚出机口的混凝土拌和物料往往温度过高,必须采取人工降温措施。
②在坝体混凝土内预埋冷水管, 进行一、二期通水冷却。
2.2.4 拆模时间的控制
混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上,混凝土的现场试块强度不低于C5。
2.2.5 采用补偿收缩混凝土技术
根据具体工程特点, 采用UEA补偿收缩混凝土技术。
2 . 3 对安定性裂缝的防治
混凝土体积安定性是指水泥硬化过程中,体积变化是否均匀的性能。水泥安定性不良会导致构件产生膨胀性裂纹或翘曲变形,造成质量事故。混凝土配料时要严格检查其成分,已免水泥安定性不合格。
3、混凝土补强处理
有些裂缝不易处理,在进行以上的所有措施之后,仍无法消除裂缝,在需要的情况下可以进行补强处理。
3.1 灌浆处理
补强灌浆是处理混凝土裂缝的有效措施。灌浆孔布置采用逐步加密的方法, 即在需要补强灌浆的混凝土上钻孔灌浆。
3.2 结构补强
结构处理有多种方法,一种是小丰满补强时所采用的钢筋锚栓。另一种方法是在坝体达到稳定以后,沿裂缝面挖槽,槽宽1m左右,并在两面凿成键槽形状,然后回填质量优良的混凝土,这种方法可能是最有效的措施,但施工上比较复杂。
3 . 3 挖除后重新回填
有一些部位裂缝、浇筑事故、混凝土强度不足等情况应有尽有,其影响极为复杂,这时一般水泥灌浆很难收到预期效果,甚至采取结构补强措施也难以做到完全有效。这时往往考虑挖除后重新回填,回填时只要严格控制施工质量及温度应力,一般新老混凝土是可以结合好的。
4、结语
通过以上的论述可见, 大体积混凝土的裂缝问题, 在混凝土的选料、配置、施工过程中逐步控制,是可以预防的。在操作中一定要把好各个过程关,遵循规范化,才能使大体积混凝土水工建筑物得逞质量有所保障。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。