钢筋混凝土钻井井壁早期裂缝的控制技术

刘 成 保

(浙江省嘉兴市建筑工业学校，浙江 嘉兴 314000)

钢筋混凝土钻井井壁早期裂缝的控制技术

刘 成 保

(浙江省嘉兴市建筑工业学校，浙江 嘉兴 314000)

分析了钻井预制井壁混凝土早期裂缝的原因，从优化混凝土配合比、优化搅拌工艺、优化浇筑工艺等方面，阐述了早期混凝土裂缝控制技术途径，从而保证混凝土施工质量。

井壁，高性能混凝土，裂缝

钢筋混凝土钻井井壁属于大体积混凝土薄壁结构，这种结构混凝土常常发生早期开裂。其早期开裂的主要原因有以下三方面：1)胶凝材料水化热量大，早期混凝土内部温度高。2)混凝土硬化时内热外冷，热胀冷缩，有较大的温缩应力存在。3)混凝土中用水量较少，各种反应都在抢夺水分子，水分不够用，脱模后极易造成表面干缩，引发开裂。为了满足井壁受力和钻进工艺要求，井壁采用预制高性能钢筋混凝土井壁，在对混凝土配合比进行优化后，还需要结合防裂目标，对原有施工工艺过程的每个环节进行控制和优化。包括现场原材料质量、拌合料的计量、混凝土搅拌、混凝土浇筑、混凝土养护等多方面提出明确要求。

1 优化混凝土配合比

预制钻井井壁由逐节井壁筒和井壁底拼装组成，每节井壁和井壁底均在地面预制完成。预制混凝土井壁需采用高性能混凝土，高性能混凝土是在普通混凝土的原材料组分中掺入各种外加剂和矿物掺和料配制生产而成。高强混凝土井壁混凝土配合比设计的重点和难点就是通过研究矿物掺和料对混凝土早期收缩的影响，来实现混凝土井壁的高强度和防裂的目标。

通过试验表明：在混凝土中掺入了矿物掺和料，如磨细矿粉、粉煤灰等，可以降低水化热，减少温升，并改善混凝土的和易性。还可以填充胶凝材料的空隙，改善混凝土内部结构，参与胶凝材料的水化反应，提高抗腐蚀能力，并且可以抑制混凝土中的碱—集料反应。

采用微缓凝型综合外加剂，如TK-1高效减水剂，使得生产的混凝土在用水量减少的同时又能够保持良好的和易性，配制的混凝土强度提高，结构密实性更好，抗渗性提高，并具有良好的耐久性。

在混凝土配合比设计中，可以适当减少水泥的用量。如C65高性能混凝土中水泥用量在365 kg/m3左右、粉煤灰55 kg/m3左右、矿渣粉110 kg/m3左右，这样就能从根本上减少水化热，降低混凝土内部温升和收缩，同时混凝土中胶凝材料总量也较高，保证混凝土具有足够的弹性模量和体积安定性。

2 优化混凝土的搅拌工艺

原材料管理方面要求原材料必须经过进场验收合格，不合格或者有疑问的材料不得使用。因此，原材料要有专职材料员进行管理，并且要有分区的堆放位置。材料管理员和施工人员之间对各种原材料的出入库应有书面交接记录。各种原材料的堆放场地，应该挂牌，明确标识。液体材料及粉状材料都要分类分区堆放，以免错拿。

原材料称重计量要准确。水泥、砂、石、TK-1高效减水剂、粉煤灰、矿渣粉和水必须经过计量才能投入搅拌机，磅秤也得定时校定。施工规范要求计量偏差应符合下列规定(按重量计):水泥:±2%；粉煤灰、矿渣粉、减水剂、水:±1%；砂、石:±3%。物料计量后，加入搅拌机过程中应防止遗撒，特别是要避免液体外加剂从料斗中流出。

每次施工前均应现场检测砂、石的含水量，用于调整施工配合比。每节井壁混凝土坍落度检测不少于2次，发现混凝土坍落度过大或过小时，应立即暂停施工，及时调整施工配合比；每班检查原材料的称量至少1次；每节井壁应留置抗压强度试块(7 d,28 d和60 d强度)，宜采用标准振动台振动密实，试块抹平、编号后用塑料膜封闭表面，防止失水，然后在标准条件下静置1 d拆模，并继续养护至规定龄期；试块抗压强度宜采用200 t以上试验机，试块在试验机承台上要仔细对中，试块受压面与上下承台平稳接触，支座要灵活，避免试块不均匀受压破坏。

确定专人负责混凝土搅拌时的投料，并监督计量过程。严禁凭感觉随意增加拌合用水量；在搅拌第一盘混凝土时，水泥和砂子的用量应增加10%左右，其水灰比应保持不变，以克服因搅拌机筒壁粘附砂浆导致的混凝土质量异常；一次投料法投料顺序为石子和砂→水泥、粉煤灰、矿渣粉→外加剂→水；为了保证混凝土的均匀性和强度，也可采用二次投料法。控制搅拌时间：由于高强度混凝土的坍落度较小，应采用强制式搅拌机搅拌，最短搅拌时间为1.5 min(搅拌机容量小于500 L);建议在搅拌场地设置闹钟，准确控制搅拌时间，搅拌时间过短，则搅拌不均匀，搅拌时间过长，则导致混凝土离析。

混凝土搅拌时，要注意控制井壁根部和上部的混凝土坍落度，以保证混凝土的外观质量，同时对于控制起吊强度和井壁在井下的正常使用都很重要。

3 优化混凝土浇筑工艺

在浇筑混凝土之前，模板内及钢筋间的垃圾必须清理干净。混凝土的浇筑应连续不断进行，按混凝土的浇筑顺序和施工方案进行，并尽量减少人为因素造成的施工缝。

在浇筑钻井井壁混凝土时，要通过振捣棒振捣作用将送料口附近的混凝土摊开，这就使得离送料口的较远区域水泥浆的含量较高。由于水泥灰浆的干缩率高、抗裂强度较低，这就使得井壁混凝土在温差或湿差的作用下，远离送料口的浇筑区域成为裂缝较多位置。因此，在井壁混凝土浇筑时，需要强调要从若干个下料口均匀布料，以避免沉降、塑性收缩和局部干缩过大引起的裂缝。

井壁混凝土必须采用插入式振捣棒机械振捣，从混凝土外观看，表面不再下沉，气泡不再冒出，蜂窝麻面较少，可以说明混凝土已经振捣密实。但需要注意，既不能漏振、欠振、也不可过振，否则都会导致混凝土强度出现问题。由于施工现场预制是室外施工，混凝土浇筑后，应尽量避免阳光直接照射内外钢模板和井壁，引起混凝土升温过高，产生温度裂缝。高温季节施工应采取适当的遮阳措施。

4 优化混凝土拆模与养护工艺

混凝土预制井壁的早期裂缝主要与水泥水化热引起的内外温差导致热胀冷缩和干燥引起的表面收缩(特别是拆模后)有关。在大体积混凝土结构中，水化热引起的内部温度升高可达30 ℃以上，这就导致了混凝土内外巨大的温差，而这时混凝土已处于强度较高，徐变较少的阶段，如果温缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度就会产生裂缝。而且预制井壁一般采用单层内衬钢板，当混凝土因内外温差或湿差产生收缩时，内衬钢板的约束增加了拉应力，加剧了裂缝进一步发展、增大。同时，拆模后混凝土尚没有完全终凝，养护现场又没有防风设施，导致混凝土中水分子蒸发过快，引起表面混凝土干缩，也会产生裂缝。

混凝土的养护是控制早期裂缝最重要的措施之一。高强高性能混凝土的强度发展受早期养护的影响很大，一定要派专人负责养护工作。

1)拆模时间：根据混凝土的实际强度和施工气候、温度确定拆模时间，一般14 h～17 h，如果遇到雨水天气下拆模，必须对井壁混凝土采取防雨措施，否则易因雨水导致混凝土表面温度下降，产生温度收缩，加剧裂缝的发展。

2)高强高性能混凝土用水量少，切不可使混凝土失水影响质量，一般天气情况下，井壁脱模后，必须立即在预制井壁外侧罩一层塑料布，用于保湿养护。夏季高温天气里施工，混凝土脱模后，必须立即在井壁上覆盖草垫子或麻袋片保温养护，注意覆盖严密，沿井壁高度方向每隔1 m～1.5 m捆一道绳子。

3)脱模24 h以后开始在草垫子或麻袋片上进行充分的浇水养护。水的温度也需控制，井壁混凝土表面与水的温差不超过20 ℃为宜，洒水养护要及时、适量，混凝土表面不得见白、起砂，以减少干缩裂缝。

4)养护期从拆模开始算起7 d。整个养护期内，不得将水直接浇在混凝土表面，以免造成混凝土内外的温度应力过大，致使混凝土产生温度裂缝。

5)特殊气候条件下的施工要更加谨慎，防止温差和失水引起的开裂。冬季施工注意及时覆盖和保温，防止混凝土受冻前，强度发展过慢。在高温天气施工前，注意覆盖砂、石集料，避免阳光曝晒。高性能混凝土的弹性模量高，徐变小，变形能力较弱，因此控制高性能混凝土的早期温升尤为重要。在气温较高时，通过避免砂石暴晒，尽可能降低混凝土的入模温度，混凝土入模温度过高，对于控制温度应力裂缝是十分不利的。

综上所述，钻井井壁这类薄壁大体积混凝土的早期开裂主要是温差、自收缩和干缩引起的，预防早期开裂可以采用的技术途径包括优化混凝土配合比，根据钻井井壁的施工工艺特点，正确地选择原材料、合理的工艺参数。并经过各方面协同，对施工工艺进行有效的控制，高性能混凝土的高强和抗裂效果是能够达到的。同时，预制井壁外层配筋直径较大、间距宽，不如保持总配筋率不变，采用细而密的配筋方式能够更有效的减少裂缝的产生和发展。

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Earlycrackscontrollingtechnologiesofsteelreinforcedconcretedrillingwellwall

LiuChengbao

(ZhejiangJiaxingBuildingIndustrySchool,Jiaxing314000,China)

The thesis analyzes drilling prefabricated well wall concrete early cracking causes. Starting from aspects of optimizing concrete mixing proportion, optimizing mixing technology and optimizing grouting technology, it describes early concrete cracks controlling technology methods, so as to guarantee concrete construction quality.

well wall, high-performance concrete, cracks

TU312.3

：A

1009-6825(2017)24-0106-03

2017-06-15

刘成保(1985- )，男，讲师