水利工程大体积混凝土裂缝控制

姚晓丽

【摘 要】？？本文对大体积混凝土施工裂缝的成因进行了分析， 并提出为避免裂缝出现所采取的技术措施。然后介绍了某防洪闸底板大体积混凝土的裂缝控制措施。

【关键词】？？水利工程；大体积混凝土；裂缝；控制；

大体积混凝土工程在当今建筑物中应用相当广泛。所谓大体积混凝土，结构物实体最小尺寸不小于1m， 或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。水利大坝时常涉及到大体积混凝土施工，大体积混凝土结构由于结构截面大， 水泥用量多， 水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用， 所以容易产生裂缝， 影响到工程质量。因此， 在进行大体积混凝土的施工过程中， 必须严格控制大体积混凝土的施工技术。影响大体积混凝土施工裂缝的因素很多， 但直接原因主要还是温度应力、收缩应力以及它们的综合超越了混凝土对应龄期的极限抗拉强度。其中施工温度应力所造成的混凝土裂缝是影响大体积混凝土质量的重要因素， 也是作为大体积混凝土裂缝控制的重要指标。为此， 控制混凝土裂缝就应采取措施控制混凝土的施工温度应力。混凝土温度应力的形成和施工养护方式及养护技术指标休戚相关， 不恰当的养护方式及指标可能潜在加剧混凝土的施工温度裂缝。

1.大体积混凝土施工中的裂缝成因

1.1 温度收缩裂缝

水泥在早期水化过程中将放出大量的热，一般每克水泥可放出约502J热量，随着混凝土水泥用量的提高，绝热温升可达50-80℃。在没有缓凝剂的条件下，通常在浇筑后12h左右出现温度峰值。随后，由于水化反应放缓，放热速率减小，在与外界环境发生热交换条件下温度开始下降。由于混凝土内、外散热条件的不一致，表层混凝土温度降低得快，沿混凝土传热方向出现温度梯度，进而引发温度收缩梯度，导致表层混凝土受拉。除了在极端气候条件下，周围的温度变化对普通混凝土结构危害很小，甚至没有危害，然而在大体积混凝土中，胶凝材料水化反应引发的温升现象尤为明显，中心温度峰值往往处于较高水平，且散热速率缓慢。因此，温度收缩及收缩梯度的产生，在很大程度上增加了大体积混凝土早期开裂的危险性。

1.2 塑性收缩裂缝

当混凝土还处于塑性状态时，由于干燥，水分可能会从混凝土表面散失。水也可能因为毛细管吸力从干燥混凝土基层散失。这种收缩一般发生在浇注后的10-12h，而且暴露在不饱和空气环境下（相对湿度小于95%）、风速较大、气温较高时才会发生。由于这些因素会引起水分蒸发，使新拌混凝土的长度减小。这种收缩称为塑性收缩，因为混凝土此时还处于塑性状态。水胶比过大，水泥用量大，外加剂保水性差，粗骨料少，振捣不良，环境温度高等都能导致塑性收缩而发生表面开裂现象，典型的塑性裂缝是相互平行的，且间距0.3～1.0m，深度25～50mm。塑性收缩及其引起的开裂风险主要取决于水灰比和水泥用量。在混凝土浇注的最初几天，采用养护剂或湿麻布保护混凝土表面，避免直接与大气接触，这种情况下干缩被终止，不会出现塑性裂缝。在掺用特殊的聚合物微纤维，增强水泥浆基体，提高抗拉强度，在这种情况下，塑性收缩会出现，但不会开裂，因为纤维能够约束住水泥浆。

1.3 干燥收缩裂缝

混凝土干燥收缩是指混凝土停止养护后，在不饱和空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，它不同于干湿交替引起的可逆收缩。在整个混凝土服役期间，只要环境相对湿度小于95%，硬化混凝土就会出现干缩。干燥收缩是混凝土后期产生裂缝的主要原因。只要水中没有任何危险杂质，水的种类不会对干缩有影响。骨料对混凝土的干缩影响显著，因为骨料能够限制水化水泥浆的干缩；骨料越坚硬，它限制水泥浆干缩的效果越好。如果高效减水剂用于减少水和水泥用量，则它也能減小干缩；但是，如果用于提高工作性，不减少用水量，则会使混凝土的收缩最大提高5%，即使水胶比相同，随混凝土流动性增加，特别是当坍落度大于150mm以后，情况更显著。

2.大体积混凝土裂缝控制措施

（1） 尽量采用低热水泥，引进三掺技术， 降低水泥水化热。

（2） 施工前，对拌合材料预冷却，降低浇筑温度。

（3） 采用优化的保温保湿养护方法，控制内外温差，促进硬化，提高混凝土早期抗拉能力。

（4） 分层、分块浇筑减缓温升， 减小温度变形。

（5）增大混凝土密实度， 提高材料变形能力。

（6）设计滑动层， 减少对混凝土的约束应力。

（7）设计温度筋， 加强混凝土整体性， 提高抗裂性能。

3.水利工程中大体积混凝土施工案例

3.1工程概况

某防洪闸新建工程，底板为30 cm×30 m的1.8m 厚的钢筋混凝土底板，混凝土设计强度C25，加强带采用抗渗等级P8补偿收缩混凝土，宽度为2m。

3.2裂缝控制措施

3.2.1优化配合比，降低水化热

采用32.5级矿渣硅酸盐水泥，细度模数为2.7的中砂， 5-31.5级配碎石，掺入适量粉煤灰、UVA型膨胀剂。具体配合比见下表1。

3.2.2混凝土的浇筑技术

在大体积混凝土浇筑过程中，要注意施工技术的控制。在大体积混凝土的浇筑具体可以分段分层浇筑。也就是在混凝土浇筑时， 先从底层开始， 浇筑至一定距离后浇筑第二层， 如此类推。

3.2.3加强混凝土的养护

大体积混凝土的养护是一项关键工作， 为防止混凝土内外温差过大， 造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝， 根据当时的施工情况和环境气温， 采用蓄水法进行混凝土养护。具体操作如下：先在混凝土表面覆盖双层麻袋， 浇水湿润。在混凝土初凝后，在周围砌挡水，蓄水深6cm，进行养护约20d 左右。

3.2.4混凝土的测温

为了掌握大体积混凝土的温升和温降的变化规律，应对混凝土进行全过程的监测控制。该工程整个底板测温导线的布置共48处，混凝土初凝后72h内每2 h 测温1次，以后每4h为1次，并做好测温测量记录，测温工作持续到混凝土与环境温度差小于15 ℃时结束。测温采用UJ36 型电子测温仪。为了严格控制混凝土质量，满足设计对工程特殊部位的要求，防止混凝土温度裂缝的产生，对测温记录数据进行分析，针对分析结果及时采取相应措施：在底板范围内，下铺一层塑料薄膜，上部覆盖二层毛毡被，若混凝土内外温差接近25℃时，继续在混凝土上加盖草帘被，直到温差小于25℃为止。

4.结语

控制混凝土裂缝的方法很多，除上面提到的几点外，还有一些传统的技术措施，如流水养护，冷却骨料等，都会取得良好的效果。总之，大体积混凝土裂缝控制是一项非常综合的技术，一定要结合当地的气温、环境等因素，选择既经济又有效的施工方法，加强管理，严格控制，确保工程质量。

参考文献：

1、《水利水电工程设计与施工新技术全书 （1-4册） 共4本》，作者：刘振飞主编，2001年4月第1版

2、《水工混凝土建筑物老化病害及防治》 ；作者：罗建群 罗金好主编出版日期：1995年9月第1版

3《水利水电工程施工组织设计指南》（上、下册）》 作者：魏璇主编 出版日期：1999年3月

4、《水利水电工程质量控制要点》 ，作者：李先镇，编著出版日期：1999年10月第1版第1版

5、《水工混凝土建筑物病害评估与修补文集》孙志恒等编 2001.9出版