浅析水闸墩墙混凝土裂缝与控制措施.pdf

靠近底板的部位通常成为闸墩拉应力最大的区域。当拉 应力超过混凝土极限抗拉强度时，便会开裂。 2 3 混凝土收缩 混凝土的收缩分为干缩、自身收缩和塑性收缩。水 化反应 中 ，随着水 泥 的凝 结 、硬化 ，混凝 土 中 的水 分会 慢慢挥发 ，引起混 凝 土体 积缩 小 、变形 ，这种 变 形 称为 干缩。由于表面混凝土跟空气接触，水分蒸发的速度总 比内部混凝土 快 。表 面混凝 土 的收缩 程 度 比内部 混凝 土 大，收缩变形会受到内部混凝土的制约，因此在表面混 凝 土 中会产生 拉应 力 ，从 而导 致裂 缝 的产 生 。虽 然 干缩 裂缝 只发生在 混凝 土 的表 面，且 比较 细小 ，但 时 间较 长 会诱导裂缝的发展，危及结构的安全。 自身收缩与干缩一样 ，都是 由于水 的迁移 而 引起 的。 但 自身收缩不是由于水 向外蒸发散失，而是 因为水泥水 化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，形成弯月面，产 生 自干燥作用，使混凝 土体的体积减小。通常，水灰比 的变化对干燥收缩和 自身收缩的影响是不一样 的。当混 凝土的水灰比降低时，干燥收缩减小，而 自身收缩增大。 但是，当水灰 比小于 0 1 3 5时，体 内相对湿度会很快降 低到 8 0 以下，自身收缩与干缩几乎各 占一半。此外， 两种收缩完成 的时 间也 不一 样 。在 模板 拆 除之 前 ，混凝 土的自身收缩几乎已经产生；而干燥收缩，除了未覆盖 且暴露面很大的地面以外，许多构件的干缩都发生在拆 模以后 。在大体积混凝土里 ，即使水灰比并不低 ，自身 收缩量值也不大 ，但是它与温度收缩叠加到一起，就会 使 裂缝 迅速扩展 。 3 水 闸墩墙温控 防裂措施 针对墩墙混凝土的开裂形式与裂缝形成原因，主要 从材料 、施工过 程 、约 束 以及后 期养 护 等环 节提 出有 针 对性的温控防裂措施，防止混凝土裂缝的产生和扩展。 3 1 混凝 土材 料选择 3 1 1 选择低热水泥 影 响混凝土 绝热 温升 的 因素 包括水 泥 品种 、水泥 用 量、混合材料品种和浇筑温度。水泥品种对绝对温升的 影响主要是水 泥 中的矿 物成 分产 生水 化热 。水 泥 矿物 成 分中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成 分依次为硅酸 三钙 和硅 酸二 钙 。水 泥越 细 ，发热量 速 率 越快，但细度不影响最终发热量。因此，进行水 闸混凝 土浇筑 时 ，应 选 择 水 化 热 低 的水 泥 ，适 当提 高 C 2 S和 C 4 A F的含量 ，并 限制 A和 C 3 S的含量 。 3 1 2 选用热 学性 能好的骨料 水工混凝土各种成分 的质量 百分 比大致为 ：石子 6 3 6 5 ，砂子 2 2 2 3 ，水泥 7 1 O ，水约 5 。石子对混凝土热性能的影响最大 ，其次为砂子。因 此 ，混凝 土的热学性 能在 一定 程度 上取 决于 粗骨 料 的矿 物性质 ，优先选用热学性能好的骨料是混凝土温度控制 混凝 土工程 的根本措施 之一 。 目前 ，我 国各 地工 程所 需 的骨料基 本 是就地取材；对于天然骨料，应该按规范要求进行物理 力学性能试验 。在缺乏 天然 骨料 的地 区使用人工 骨料 时 ， 应尽量选用线膨胀 系数小 的骨料 。 3 1 3 减 少胶凝材 料的用量 掺人一定量 的混合料有利于降低水化 热。在混凝 土的 掺混合料研究中 ，掺加粉煤灰技术 已经较 为成熟 ，并 已在 我国广泛应用。掺加粉煤灰后，虽然降低了混凝土的早期 强度和极限拉伸值，但混凝土发热量大大降低。以 7 d龄 期为例，仅从降低混凝土温升与混凝土极限拉伸值相比较 ( 忽略混凝土早期徐变增加、弹性模量降低等因素) ，掺加 混合料极限拉伸值会降低 1 9 1 0 I T I ，而温度变形值会降 低 3 4 1 X1 0 m，可以看 出，对混凝土抗裂是有利 的。 另外，根据工程要求和建筑物所处的环境条件，选 择适当的外加剂，也是减少水泥用量和降低混凝土水化 热的重要措施之一 。 3 2 混凝土浇筑时间 混凝 土的水化 反应 是放热 反应 ，而混 凝土 却是 不 良 导热体 ，混凝土内部的热量很难散发出去。如在高温季 节施工，外部 的环境温度很高，不利于混凝土的散热。 所 以 ，混凝土 的施工 应避 开夏 季高 温时 段 ，尤其 是夏 季 中午 时段 ，可 以选 择 温度低 的夜 间进 行施 工 ，同时注 意 混凝土 的养护 。 在低温季 节施 工时 ，水 泥 的水化 作用 会减 缓 ，相应 的混凝土凝固时间会增加，低温浇筑的混凝土容易冻结 而使混凝土强度减小，但这与养护时间有关。如在受冻 前只有 1 h的凝 结时间 ，强度损 失可达到 5 O ；如果浇筑 温度为 2 4 ，冻结前经过 6 h的硬化 ，强度损失较小。因 此，避开严寒季节的施工，可以避免混凝土受冻后强度 降低，减少裂缝的产生。 3 3 控制混凝土的温度 控制混凝土的温度主要包括以下两个方面 ： ( 1 )降低混凝土的入仓温度。可选择降低拌和水的温 度 ，其方法是在拌和的时候加入适量冰屑；然而水在混 凝土热容量中所占的比重并不大，单纯依靠冷水拌和及 掺加冰屑，并不能充分降低混凝土人仓温度。而骨料所 占比重大，根据计算，骨料温度每下降 1 ，混凝土温度 就下降0 4 2 。因此，加强对骨料的预冷能有效提高对 混凝土 的制冷效 率 ；当然 ，在 混凝 土 的运输 过 程 中，应 采取措施 防止混凝土在运输过程 中温度 回升 。 ( 2 )控制温 升幅度 。主要是通过在混凝土里埋设冷却 水管，用冷却水循环带走混凝土的热量，从降低混凝土 的温升峰值来减小混凝土的基础温差和混凝土的内表温 差 ，是一种有效 的温控防裂措施 。 3 4改善约束 改善约束是水闸减少裂缝的有效手段，主要措施有 以下几项 ： ( 下转第 3 9页) 3 1 拐臂布料 皮 带 机 由 内外 相互 衔 接 的 布料 皮 带组 成 。 内皮带机机尾安装于母线洞上游洞 E l 安装的回转支撑上， 前端用岩壁上设置的锚固点悬挂钢丝绳斜拉 ，可以通过 卷扬机 改变斜拉 钢丝绳 的长度 ，进 而改 变 内皮 带机 的仰 俯角度 。外皮带机 尾挂在 内皮 带机 头部 位 的 回转支 撑盘 底部 ，前端由桥式起重机吊钩牵引，桥式起重机 吊钩升 降可改变外皮带的仰俯角度；桥式起重机大车与小车运 动，可以使拐臂布料皮带屈折、伸缩 、摆动，以满足覆 盖 区域混凝 土输送 布料的要求 。 该系统 目前已应用到溪洛渡电站地下厂房混凝土施 工中，其可以覆盖 3台机组浇筑的范围，并具有输送混 地下工程 凝土料能力强、布料简单、操作方便、经济适用等优点， 是地下厂房大体积混凝土浇筑的一种理想施工手段，具 有较强的推广应用前景 。 5 结束语 通过以上对地下厂房结构特点和现有浇筑手段 的分 析可知，除由于结构阴角部位浇筑混凝土的要求，需配 置 1 2台混凝土泵机浇筑外 ，地下厂 房混凝 土采用拐 臂 布料皮带 系 统浇 筑是 地 下 厂房 混凝 土 浇 筑快 速 、经 济 、 适用 的最佳手段 。 ( 上 接 第 3 1页) ( 1 )合理分缝分块。通过设计 ，有计划地用纵缝和横 缝将大块 的混凝 土分成 许 多小块 进行 浇筑 ，可有 效减 少 块体内部温升幅度 ，有利于混凝土防裂；同时，由于水 闸底板和闸墩 的断面尺寸较大，蓄水后各部位承受不 同 的荷载，在不同基岩位置设置沉降缝，有利于减少沉降 裂缝 。 ( 2 )控 制浇筑层厚度和层 间间歇时 间。混凝 土在施工 期主要依靠浇 筑层 表面 散热 ，散热 效果 的好 坏 ，受 到 浇 筑厚度和浇筑 层间 歇时 间 的影 响 。通 过层 间 间歇 时 间把 混凝土 内部 的热量 向表 面散发 时 ，间歇 时 间要 大于 混凝 土早期最高温度出现的时间。但过长的间歇时间对于上 层新浇筑的混凝土的防裂也是不利的。一般提倡短间歇 连续 均匀上升 ，不宜超过 1 5 d 。浇筑层越薄 ，越有 利于混 凝 土热 量的散发 。浇筑层厚度主要 取决 于层 面散热效 果 、 混凝土的上升速度及施工方便程度 。此外 ，采用 吊空模 板技 术和设置后浇带 ，也可以有 效改善约束 。 3 5 改善混凝土的养护 混凝 土的养 护是 防止 表面裂 缝 的重要 措施 之一 。当 浇灌完毕后 ，在相 当长的时间内要保持适当的温度和足 够的湿度 ，满足混凝土的硬化条件。混凝土养护的三要 素是介质的温度、湿度及养护延续时间。 水闸混凝土的裸露面大，施工初期气温骤降时极易 发生表面裂缝 ；此外 ，施工 中 、后 期气 温骤 降 也可 能产 生表面裂缝或 深层 裂缝 。对 于 闸墩 ，可 以先覆 盖一 层草 袋或土工布 ，然后 在上 面再加 盖一 层 防水 塑料膜 。在夏 季高温季节，保持仓面混凝土 的湿度是非常关键的，目 前常用的方法是采取仓面喷雾技术 ，能达到良好的效果。 在冬季或者最低气温低于 5 C以下时，振捣完成后应立即 在混凝土表面盖上保温材料，提高表面混凝土的温度， 降低内外温差。 ( 上 接 第 3 6页 ) 打磨粗糙后，再用高压水冲洗 ，冲洗过后 的混凝土表面 必须坚 固、平整 、干净 、不松脱 、不起 砂 、不脱层 。 ( 2 )配料 。按 质量 比为水 ： P S I 一2 0 0 涂 料 一0 2 6： 1 的 比例配料 ，用搅拌 机搅 拌均匀 ，搅拌时间不少于 5 mi n 。 每次调制的结晶渗透型稀料尽可能在 3 5 mi n内用完，调 好的浆料变稠时，只需搅拌 ，切勿加水。 ( 3 )涂刷 P S T一2 0 0渗透 结 晶型 防水层 。提前 4 h用 水淋湿施工面，以保证施工时混凝土表面处于饱和状态， 潮 而不 湿 ；涂刷前 应按 面积 计算 出 涂料 用量 。第 一 道涂 刷应用力 均匀 、一 致 ，用 毛刷 沿磨 光面 自上 而下 多 次涂 刷 ，用量不低 于 1 5 k g mz ，以保证涂 层 的厚度 均匀 和表 面平整。防水层搭接宽为 1 0 0 mm，施工时在搭接处用水 湿润后直接施工防水层。施工完成时宜喷水雾湿润养护， 4 h 后用手指轻压涂层无痕方可进行第二道涂刷。第二道 涂刷方向垂直于第一道涂刷方向。 防水工程结束后，完工的防渗层应在 4 8 h内用清水 养护，以防止涂层脱水；养护期间，不得在防水层上方 进行其他工序施工。 4 结束语 光照水电站大坝按 S L 2 3 0 1 9 9 8 混凝土坝养护修 理规程中的规定 ，划分了大坝施工裂缝处理等级，规 定 了裂缝 检查办法 ；采 用 了规 程 中的灌 浆法 、充填 法和 喷涂法相结合的方法 ，很好地处理了施工裂缝 ，保证 了 建筑物耐久性 和整体性 ，满足设计对枢纽建筑物的要 求 。大坝挡水 3年多来 ，大坝外观和廊道内均未发现渗 水和乳白色析出物等缺陷，大坝防渗等监测设备的监测 数据均在正常状 态下。实践证明，大坝裂缝修复获得 成功 。 3 9