大仓面硅粉混凝土施工中的裂缝成因及预防.pdf

1 7 水利建设与管理 2 0 1 0年第8期 本 辟：睡碡黔鼹鼙圭 晦l 睽 攀缝摩霹 鬻嘛 徐 子望 ( 新疆伊犁河流域开发建设管理局 乌鲁木齐8 3 0 0 0) 【 摘要】 硅粉混凝土是一种由砂石骨料、 硅粉、 水泥、 水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。采用这种材 料， 对提高抗冲耐磨材料的研究水平和高速含沙泄水建筑物护面抗冲磨抗空蚀的设计水平具有重要意义。 【 关键词】 硅粉混凝土防冲耐磨材料预防裂缝 1 硅粉混凝土的性能简述 混凝土中掺人硅粉，不仅能够提高混凝土的抗压强 度 ，在水利工程运用中能够显著提高混凝土的抗 冲耐磨 能力 ， 尤其是能够大幅度提高混凝土的抗空蚀能力 ， 故大 量用于水工建筑物的抗 冲刷部位如水 闸底板 、 消力池 、 大 坝泄流洞 、 溢洪道等部位。硅粉的应用研究始于 2 0世纪 7 O 年代 ， 目 前 已普及到世界各国工程实践中。我国 自2 0 世纪 8 0 年代开始研究和应用硅粉 ， 并很快取得大量较为 理想 的结果。 1 ． 1 硅粉混凝土优点 硅粉混凝土具有许多优 良的技术性质 ，其主要掺合 料——硅粉也被称为硅灰 ， 主要成分为 S i O ： ， 是从冶炼硅 铁和其他硅金属工厂的废烟气中回收的副产品。其颗粒 极细 、 活性很高 ， 是能够改善混凝土性能的掺合料之一。 在混凝土中掺入硅粉 ，可对混凝土产生三个方面的 效果 ： a ． 改善混凝土拌 和物的和易性。 由于硅粉颗粒极细 ， 比表面积大 ， 其需水量为普通水泥 的 1 3 0 ％～ 1 5 0 ％， 故混 凝土流动性随硅粉掺量增加而减小 。 b ． 可配制高强混凝土。 硅粉的活性很高 ， 当与高效减 水剂配合掺入混凝土时 ， 硅粉 与 C a ( O H) ： 反应生成水化 硅酸钙凝胶体 ， 填充水泥颗粒间的空隙 ， 改善界面结构及 粘结力 ， 可显著提高混凝土强度。 在水泥用量相当的情况 下 ，掺人硅粉可使混凝土的抗压强度提高 1 ． 3 ～ 2 _ 3 倍 ， 选 用合适原料和掺合料时 ， 可配制出 2 8天龄期抗压强度达 1 0 0 M P以上的超高强混凝土。 c ． 改善混凝土的孔隙结构 ， 提高耐久性。 混凝土中掺 人硅粉后 ， 虽然水泥石 的总孔隙与不掺时基本相同， 但其 大孔减少 ， 超微 细孔 隙增加 ， 改善了水泥石的孔隙结构 ， 同时硅粉还 具有抑 制碱骨料反应及 防止钢筋锈蚀 的作 用 ， 因此掺硅粉混凝土耐久性显著提高。 研究试验结果证 明： 硅粉掺量 1 0 ％～ 2 0 ％时 ， 抗渗性可提高到 W2 0以上 ； 抗冻性也 明显提高； 抗空蚀强度提高 1 ． 6 倍以上 ， 抗水沙 冲磨强度提 高 1 ． 3 ～ 3 ． 5 倍 ， 同其他抗冲耐磨材料 ( 如花 岗 岩条石 、 铸铁块等 ) 相 比具有价廉 、 施工方便等优点。 1 ． 2 硅粉混凝土的缺点 但是随着在硅粉混凝土在水利工程 中的普遍使用 ， 其拌和 、 浇筑中对施工方法 、 配合 比、 施工环境等方面 的 高要求 ，带来了普遍产生表面裂缝等质量缺陷的后果而 严重影响到水利工程的正常运行和耐久性。 硅粉混凝土存在 以下不易克服的三方面缺点 ： a ． 存在早期塑性干缩 问题。混凝土施工浇筑过程中 和凝结前，当表层水分的蒸发速度大于混凝土的泌水速 度时 ， 混凝土表面即出现干缩龟裂 ， 甚至 出现晒干发 白现 象。泌水速度越小 ， 塑性千缩越严重。 b ． 硅粉混凝土施工难度大。硅粉混凝土施工不易振 捣密实 ， 不易收光抹面。在硅粉混凝土工程施工中， 往往 会发现硅粉混凝土蜂窝麻面较多、 表面平整度差， 因此一 般情况不能满足平整度要求 。 c ． 硅粉混凝土易产生温度裂缝 。硅粉混凝土早期强 度发展很快 ， 相应的混凝土的水化热释放速度很快 ， 导致 混凝土水化热温升高， 产生较大的温度应力， 这一应力在 干缩裂缝 的顶端产生应力集 中，使干缩裂缝扩展延伸甚 至形成贯通性 的裂缝。 1 8 坌 垄 仓面硅粉混凝土施工中的裂缝成因及预防 2 工程应 用实例 2 ． 1 工程概况 西北地区某拦河引水枢纽工程主要 建筑物 由铺盖 、 泄洪冲沙闸、 消力池 、 护坦及总长 2 k m、 纵坡 1 ／ 7 0 0的上下 游人工整治河段等组成 ，枢纽工程建成后拦河闸工作水 头为 3 ． 2 3 0 m， 工程在泄洪冲沙闸底板、 消力池和下游护坦 等三个部位设计有 2 O c m厚 C 6 0 硅粉混凝土作为防冲耐 磨面层 ， 其中泄洪冲沙闸底板仓面表面积为 1 2 m x 2 3 m 。 2 ． 2 工程 中的浇筑试验 为保证泄洪冲沙闸底板等永久部位硅粉混凝土的浇 筑质量 ，首先于上游铺盖选取 了三块为 4 m x 4 m x O ． 2 m的 混凝土仓面进行浇筑试验 ， 具体试验过程 、 数据见表 1 。 三 次浇 筑试 验均 采用 自卸 车人 仓 ，2 0 0 7年 6月 2 8日的试 验现场 风力 4级 ， 浇 筑气温 为 2 8 ~ C， 振捣 棒 平仓 振捣后 ， 收光抹面两遍 ， 整个过程用 时 1 0 6 m i n ， 其 面层未进行覆 盖。在硅粉混凝土收光抹面 的过程 中出 现严 重 的裂缝 ， 共 出 现裂缝 8条 ， 且 大部分 裂缝 宽度 超过 了 3 mm。 2 0 0 7 年 7 月 2日的试验现场风力 3 级 ，整个浇筑过 程用时 4 0 ra i n ； 2 0 0 7年 7月 6日的试验现场风 力 4级 ， 浇筑气 温为 3 0 ~ C ， 整个浇筑 过程用 时 8 0 m i n 。这两次试 验都缩 短 了浇筑 时间 ， 并采用 一次 快速 收光抹 面 ， 抹面 结束后立即采用塑料薄膜覆盖 ， 两次浇筑试 验仓面 中均 未产生裂缝 。 表 1 枢纽工程硅粉混凝土试验块浇筑记录 浇筑部位 前铺盖试验块 控制坍落度( c m) 1 7 — 2 1 设计水胶 比 0 - 3 等级 C 6 0 F 2 O 0 r4 坍落度( c m) 出机口温度( ℃) 2 0 0 7年 6月 2 8日 开仓 时间( 时： 分 ) 1 8 ： 3 0 完成 时间( 时： 分 ) 2 0 ：l 6 检测时间( 时： 分) 取样地点 实测( c m) 检测时间( 时： 分) 实测( ℃) 1 8 ：4 6 仓 面 2 0 1 8 ： 4 6 3 0 2 0 0 7年 7月 2日 开仓时间( 时： 分 ) 2 0 ： 3 0 完成时间( 时： 分 ) 2 1 ： 1 0 检测时间( 时： 分) 取样地点 实测 ( c m) 检测时间( 时： 分 ) 实测 ( ℃) 2 0 ：3 0 仓 面 2 0 ． 8 1 8 ：4 6 2 8 2 0 0 7年 7月 6日 开仓时间( 时： 分 ) l 8 ： 2 0 完成时闻( 时：分 ) 1 9 ：4 0 检测 时间( 时： 分 ) 取样 地点 实测( e ra) 检测时间( 时：分 ) 实测( ℃) 出 机口 1 9 ．4 1 8 ： 5 5 2 8 1 8 ：5 5 仓 面 1 6 ． 2 通过该试验分析 ，第一次硅粉混凝 土浇筑试验中出 现裂缝原因为以下两点 ： a ． 浇筑时间外界气温较高， 风速较大， 气候相对干燥。 b ． 抹面收光工艺按照常规混凝土进行 ，导致 间隔时 间过长 ， 收光抹面用时约为 1 5 m i n 。 2 ． 3 硅粉混凝土浇筑施工 结合对硅粉混凝土所做的现场试验 ，经过研究讨论 以及 分析了现场 的试验结果 之后 ，最终 确定了采用浇 筑一 陕速收光一塑料薄膜覆盖的施工工艺。 在泄洪闸底板仓面为 1 2 m x 2 3 m x O ． 2 m面层 C 6 0 硅粉混 凝土的浇筑过程中， 采用 自 卸车运输至仓面 ， 手推车倒料入 仓。由于硅粉混凝土的高流动性，采用方木将仓面临时分 割， 将隔仓面积控制在大约 3 m ( 6 ～ 1 2 ) m，( 下转第 6 6页) 黄建国等， 无线水情测报系统的研制应用 图 4 LED显 示屏 单 ， 采用无线传送方案 ， 发射功率低 ， 传输距离远 ， 省去架 线不便 ， 节约投资， 防雷击 、 抗干扰能力强 。语音查询 ， 自 动拨号报警， 无人值守， 减轻劳动强度。 无线水情测报系统投入运行 ， 不但 可以在控制室、 办 题 啦 j i ： l 画 冀曩矗 蔓 重 ■ 图 5 无线水情系统界面 公室等场所了解到水位数据，还可以通过 电话在任何地 方查询到实时水情以及开闸信息。 系统的研制成功 。 为及 时掌握水情提供有力的保障， 提高了工程管理水平 ， 提升 了闸管服务质量。▲ ( 上接第 1 8 页) 待其坍落度大幅度损失后 ， 撤去方木 ， 自南向 北进行邻仓混凝土的浇筑 ，每个仓面浇筑完毕后快速收光 抹面， 并采用塑料薄膜覆盖， 每个仓面的浇筑时间都控制在 1 h 左右， 浇筑完成一收光—覆膜时间间隔不超过 l O m i n ， 最 终仓面中未出现裂缝。 施工过程中克服硅粉混凝土的裂缝 问题 的主要通过 以下措施 ： a ． 约束 了硅粉混凝土的浇筑仓面 ，降低 了硅粉混凝 土和空气的接触面积。 b ． 改进了收光抹面工艺 ， 缩短了的浇筑时间。 c ． 及时采用塑料薄膜覆盖， 隔绝 了遇空气的接触 ， 形 成其类似于混凝土蒸养室的内部环境 ，降低 了混凝土表 层和内部的温度差。 但是在克服了硅粉混凝土裂缝的同时 ，由于其 自身 高流动性、 低塑性的特点， 同时大面积的塑料薄膜覆盖工 艺现场操作工艺仍不完善 ，导致硅粉混凝土表层普遍 出 现了表层褶皱现象 ， 使其感官受到影响( 但表面平整度误 差值在规范要求许可范围之内， 平整度见表 2 ) 。 表 2 水闸底板表面平整度 检查位置 9 号闸孔( 距纵轴线中心右 4 5 m起算) 1 0 号闸孔( 距纵轴线中心右 6 0 m起算) 桩 号 0 + o 0 5 0 + O 1 3 o + 0 1 8 0 + o 0 5 0 + O 1 3 0 + 0 1 8 o + 0 1 9 O + 0 2 2 实测( c m) O ． 9 O ． 5 1 ．6 O _ 3 0 _ 8 O ． 4 0 ． 7 0 ． 8 偏差 ( c m) 0 ． 9 0 ． 5 1 ． 6 O - 3 O ． 8 O ．4 O ． 7 O ． 8 3结语 本文中通过采用浇筑—快速收光一塑料薄膜覆盖的 硅粉混凝土施工控制工艺， 在该工程 1 0 0 0 0 余 m 2 ( 2 1 0 0 余 m 3 ) 的硅粉混凝土浇筑 ， 尤其是水闸底板位置大面积硅粉 混凝土的浇筑施工过程中， 有效地克服了其易产生早期塑 性干缩及宜产生温度裂缝的通病 ；经浇筑完成后表观检 查 ， 仅发现裂缝 2条， 取得了很好的裂缝控制效果 ， 对西北 地区类似工程的施工控制， 具有一定的参考价值。 但是 ， 建筑物材料 表面存 在的表观波纹 、 凹坑等问 题 ， 表观质量较低 ， 虽可通过后 期打磨等 方法解决 ， 但 是在水工混凝土多为大体积 、大面积的情 况下势 必耗 费大量人 、 物力 资源 。 如何在大面积硅粉混凝 土施工过 程 中有效解决表观质量不高的情况 ，仍需在今后 的工 程时间中改进 和提高 。A