水利工程中闸墩混凝土防裂措施探讨

2014-01-29李陆明

治淮 2014年6期

关键词：闸墩通水水化

李陆明

水利工程中的墩混凝土体积一般都比较大，属于大体积混凝土，而作为脆性材料的混凝土抗拉强度较低，一旦受内外部因素影响，产生的拉应力大于其抗拉强度，就会出现裂缝。闸墩混凝土裂缝不仅破坏了闸墩结构的整体性，也影响了建筑物的耐久性和安全性。

一、混凝土裂缝种类及成因分析

混凝土裂缝通常分为收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝。

1.收缩裂缝

收缩裂缝多在新浇筑的混凝土暴露于空气中的上表面出现，混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生收缩，收缩产生的拉应力超过其抗拉强度，就出现裂缝。收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细、长短不一、互不连贯状态，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达 2～3m，宽1～5mm。

此类裂缝产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很低，或者混凝土刚刚终凝而强度很低时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。

2.沉降裂缝

沉降裂缝的产生是由于基础土质不匀、松软或浸水而造成不均匀沉降所致。此类裂缝多为深层或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°～45°方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度0.3～0.4mm，受温度变化的影响较小。基础变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

3.温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面，主要由于混凝土内外温差造成。混凝土浇筑后，在硬化过程中水泥水化产生大量的水化热，由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝士表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边，深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一。受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显，此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

混凝土裂缝的产生既与其自身因素有关，也跟外部环境有关。自身因素主要是混凝土浇筑初期水泥在混凝土硬化过程中释放大量水化热，不断提升内部温度，使得拉应力在混凝土表面产生；在后期降温过程中，其他部分的约束使得混凝土内部又产生拉应力。另外混凝土原材料质量差、拌合不均匀、水灰比偏大、离析等原因造成同一块混凝土中的抗拉强度也存在差异，更降低了混凝土的抗拉能力。外部环境因素主要是混凝土基础变形、混凝土模板变形、气温突变、大风等。

二、混凝土防裂措施

1.配合比设计及优化

配合比的设计首先要满足强度等级、混凝土性能等基本要求，在此基础上通过双掺优化，即通过试配掺加适量的粉煤灰和减水剂，可改善拌和物的和易性，降低水灰比，以达到减少水泥用量，降低混凝土水化热总量，减小混凝土内部温度变化，实现混凝土防裂的目的。

2.混凝土原材料选择与控制

（1）水泥

水泥必须采用符合现行国家标准规定的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，且低碱低热，不应使用温度大于60℃的水泥拌制混凝土。

（2）骨料

粗骨料应采用二级或多级级配，细骨料采用河砂（中粗砂），控制骨料中的含泥量和碱含量。若骨料中含泥量偏多，不仅增加混凝土的收缩变形，而且降低混凝土的抗拉强度。骨料不宜直接露天堆放、暴晒，宜分级堆放，堆场上方宜设罩棚。

（3）外加剂

减水剂应采用高性能减水剂，粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596的规定，级别不应低于二级，最好为一级，碱含量也应控制。

3.混凝土拌合及施工配合比控制

在混凝土拌制时，各种原材料的计量要准确，用量不得随意改动，如砂石骨料含水率发生变化，确需调整用量，要经过检测计算并征得相应负责人同意。由于掺加了减水剂和粉煤灰，要按照规范规定延长混凝土拌合时间。

4.混凝土浇筑分仓的选择

混凝土闸墩通常分为闸墩底板和闸墩墩身两部分，浇筑闸墩底板时架设1.2m高的悬空闸墩墩身模板，使1.2m高的闸墩墩身混凝土与闸墩底板混凝土同时浇筑，并将上部剩余闸墩墩身混凝土限定在15d内完成浇筑，以减少底部先浇混凝土与上部后浇混凝土之间的约束，达到闸墩混凝土防裂的目的。

5.混凝土入仓温度、浇筑层厚的控制

混凝土入仓温度不超过18℃，浇筑层厚45cm，准确计算浇筑强度，混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间，以保证混凝土浇筑的连续性和混凝土成品质量。

6.混凝土振捣的控制

合理振捣，不过振、不欠振、不漏振，使粗骨料排列均匀，使胶凝材料包裹好骨料，并排出混凝土中的空气。过振会造成石子下沉水泥浆上浮过多，影响表面强度。每一层浇筑的混凝土必须在下层混凝土初凝前振捣结束。上层混凝土振捣时，振捣棒必须插入下层50mm左右，进行加深振捣。进行二次振捣时，以浇筑混凝土初凝前20min内为宜，以振捣棒拔出后混凝土孔可以自行闭合，不留痕迹为宜。采取二次振捣工艺，可以提高混凝土的密实度和抗拉强度，减少混凝土收缩变形。

7.混凝土的温度控制

混凝土的温控目的就是降低温度应力，减轻温度应力给混凝土带来的危害。通常是通过内部降温外部保温来实现，一般情况下，温控指标宜不大于下列数值：混凝土浇筑体在入仓温度基础上的温升值为40℃；混凝土浇筑体的内外温差（不含混凝土收缩的当量温度）为25℃；混凝土浇筑体的降温速率为2.0℃/d；混凝土浇筑体表面与大气温差为20℃。

有条件的情况下宜在闸墩混凝土施工前，对混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力进行计算，确定混凝土浇筑体的温升峰值，内外温差及降温速率的控制指标，制定相应的温控的技术措施。

混凝土内部降温一般采取水管冷却，即在浇筑闸墩混凝土时将用做冷却水管的钢管提前预埋到混凝土内部，预埋的水管既有水平向的也有竖直向的，均衡分布，通水冷却时水流方向也变换，以使混凝土内部温度均匀降低。水管应根据不同情况适时开始通水，以降低水化热温升。当混凝土浇筑温度高于冷却水温时，应尽可能早地进行通水冷却，即先通水后浇混凝土；当混凝土浇筑温度低于冷却水温时，应等水管周边混凝土温升至冷却水温时才开始通水，即先浇混凝土后通水。水管应连续通水，当混凝土温度满足温控要求时停水，但如停水后温度又发生明显回升时，可以再次通水，抑制温度反弹。

混凝土外部保温主要是通过覆盖实现。常用方法有：控制拆模时间，利用模板来保温；气温低时在模板外部增加保温板；拆模后混凝土表面覆盖毛毡、塑料布、草帘、保温板等；搭设暖棚，形成人工小气候。