浅谈水工钢筋混凝土结构温裂缝的防治.pptx

摘要 钢筋混凝土结构产生裂缝是常见质量通病。混凝土构筑物裂缝分为荷载裂缝、非荷载裂缝两种，而统计资料显示出非荷载裂缝几乎占全部混凝土构筑物裂缝的八成左右，这种非荷载裂缝大部分是由于变形作用引起，这其中包括温度变形（水泥水化热、气温变化等）、收缩变形（塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩）以及地基不均匀沉降（膨胀）变形等。由于这些变形受到约束引起的应力超过了混凝土的抗拉强度，导致裂缝的发生。水利工程闸室墙、闸首、闸墩（下文简称墩墙）常产生竖向裂缝，裂缝基本发生在墩墙长度的二分点、三分点，高度基本位于底板以上至墙高/3以下,缝宽度一般在0.10.3mm之间，基本为贯穿缝；宽度在0.05mm以下的裂缝往往不可视。温度裂缝产生的主要原因是由于混凝土水泥用量大、水化热高、墩墙厚度小、混凝土温升快、降温速率快，在混凝土降温阶段（330d），由于内部混凝土与表面混凝土之间温差、混凝土收缩及两者叠加而产生的水平拉应力，超过混凝土本身抗拉强度，因受到先期浇筑底板的约束，墩墙上产生竖向裂缝。水利工程钢筋混凝土底板由于受基础约束较小，在一定长度内产生温度裂缝问题较少。墩墙混凝土混凝土温度裂缝控制可从五个方面考虑：降低混凝土水化热温升、降低混凝土内外温差、提高混凝土抗裂性、加强施工中混凝土温度监测、加强混凝土养护。混凝土温度裂缝预防主要技术措施有：使用优质材料，在混凝土材料组成上尽量选择有利于抗拉性能的混凝土配合比，优选水胶比、减少坍落度，降低骨料含泥量及杂质含量，重视水泥的性能的稳定，降低混凝土入仓温度、降低混凝土水化热，在施工过程中采取保温、保湿养护技术，控制混凝土温差和降温速度，掺入补偿收缩剂、抗裂纤维等是解决温度裂缝的重要措施之一。混凝土温度收缩应力预测可采用有限元法、温度应力计算公式，前者较为精确，但计算较复杂，一般工程技术人员计算困难，且混凝土随机性较大，工程施工情况复杂多变，用于工程实际有一定的难度；王铁梦院士提出的混凝土温度应力计算公式计算方法简单、能满足工程精度，既可作为施工前混凝土温度应力的预测，又可作为施工过程中根据实测温度变化推算温度应力以便及时采取措施防止产生温度裂缝的一种手段，笔者简要介绍九曲河枢纽闸站工程、江尖枢纽节制闸底板混凝土温度应力计算实例。混凝土裂缝处理有表面保护、粘贴玻璃纤维布、表层裂缝嵌填修补砂浆、壁可法裂缝灌浆、高压灌注聚合物浆液，应根据裂缝性质、裂缝宽度、环境条件等选择有效的修补方法。关键词水工钢筋混凝土 温度裂缝 原因分析 温度应力计算温度裂缝处理 浅谈施工阶段水工钢筋混凝土结构温度裂缝的防控 朱炳喜 1 涵闸墩墙裂缝调查情况1.1老工程墩墙裂缝情况我们对本省数十座已使用2040年的涵闸病害进行检测，部分涵闸的闸墩、翼墙、闸室墙、胸墙等结构部位产生竖向裂缝，如过船港闸、烧香河闸、江都送水闸、老望虞河闸等闸的闸墩，马甸翻水站、临洪东站等泵站挡水墙，每节产生13条竖向裂缝，裂缝位置基本在墩墙的中部，裂缝宽度一般在0.050.35mm之间。1.2新建工程裂缝情况表1列举了近年来新建的船闸的闸首、闸室墙及节制闸闸墩裂缝以及混凝土施工等有关情况。1.3裂缝特征裂缝主要位于墩墙的二分点、三分点及其附近，呈将墩墙分成二等分或三等分，裂缝走向基本为垂直缝，高度基本发生在墩墙底板以上、/3墙高以下，每节墩墙以13条裂缝居多，另外结构削弱部位、形状突变部位（门槽、孔、转折）常发生裂缝，门洞裂缝大致位于圆弧最高处，方孔裂缝多发生于四角。1.4温度收缩裂缝类型（1）一维约束船闸的闸首、闸室墙、翼墙与节制闸的闸墩，其底板或下部结构先期浇筑，间隔一段时间后再浇筑墩墙，后浇筑混凝土受先浇筑的底板等约束，限制其自由变形而产生应力，后浇混凝土在一维约束情况下，常沿墩墙二分点、三分点、四分点附近在底板（或贴角）以上至墙高2/3以下产生13条竖向裂缝，裂缝亦常贯穿。（2）多维约束的墩墙扶壁结构、空箱结构、泵站挡水墙（胸墙）等与隔墙十字交叉部位混凝土在底板等部位混凝土先期浇筑后再浇混凝土，后浇混凝土受底板约束类似于一维约束，扶壁间直立墙与空箱外墙类似于受两边约束，裂缝常出现在扶壁或隔墙附近直立墙的两端、直立墙的中下部，或扶壁下部。（3）墩墙上应力集中部位断面突变部位如门槽、墩墙上孔、洞、转折等部位，由于温度收缩受制约而应力集中，产生裂缝。有关工程墩墙裂缝以及混凝土施工情况统计表 表1工程名称裂缝部位是否贯穿裂缝位置缝宽(mm)设计强度混凝土配合比水泥用量坍落度(mm)发现时间浇筑方式1各节闸室墙是贴角以上至墙扃 2/3以下，每节13条0.10.2C201:2.47:4.71:0.55掺ST1.5%282502030d常规上、下闸首无C201:2.4:4.76:0.55掺ST1.5%28250常规隔水墩(31m长)是C20150拆模后及2030d泵送砼2闸室墙（4节）是0.150.3C301:1.98:2.99:0.46掺ST2%380160约30d泵送砼3闸首是东墩1条，西墩2条，距底板0.25m，缝长2.6m0.20.24C251:1.99:264:4.24掺ST1.5%1301803个月后泵送砼4上、下闸首空箱是0.10.35常规5上、下闸首输水廊道、输水洞身是0.10.3拆模后常规6闸室墙部分贯穿自底板向上至墙高23以下 714d泵送砼永定河芦沟桥拦河闸等31个闸墩中有28个产生是底板向上墩中点、三分点或四分点附近28d常规7上、下闸首门库是0.20.4C251:2.2:2.68:0.55365160泵送砼8船闸闸室墙、岸墩、节制闸岸墙是墩二分点附近，每节12条，自底板向上至墙高23以下0.20.4C20常规9门库侧墙是200#7d拆模后常规闸室墙是有缝29条常规船闸10扶壁式闸室墙是在墙三分点处产生缝，缝距底板0.1m，长24mC20W/C0.53掺ST1.5%320160约30d，有两块在30h拆模后发现泵送砼船闸11闸室墙是扶筒壁处，在墙迎土面，自顶向下约4mC20 2 2、混凝土温度应力理论计算、混凝土温度应力理论计算2.12.1叶琳昌编大体积混凝土施工介绍大体积混凝土考虑两个方向约缩时温差应力计算公式：ET=Sh()Rk 公式1 1 式中：混凝土温度收缩应力E混凝土弹性模量Sh混凝土徐变松驰系数Rk混凝土外约束系数混凝土线膨胀系数T总温差，T=Tj+2/3T()+T g()TgTj混凝土浇筑温度，Ti龄期I时水化热绝热温升，Tg()混凝土收缩当量温差（）Tg混凝土浇筑达到稳定的温度。2.2王铁梦在混凝土裂缝控制一书中研究一维约束墩墙温度应力（max）计算公式为：ET 1 max (1-)H(t,)公式2 1-cosh5 CxL 4E 式中：Cx为水平刚度系数，H（t，）为混凝土由于蠕变带来的应力松驰系数，缓慢降温为0.3，正常降温为0.5，急剧降温为0.8（含干燥）。3 计算实例 3.1 某闸室墙墙高7.5m，厚1.5m，长20m，中间（1/43/4）长度内配置水平钢筋1412.5cm，两端1/4长度内配置水平钢筋1425cm，八月份施工，C30泵送混凝土，水泥用量(P.O32.5)380Kg/m3,混凝土入仓温度31.1,水化热绝热温升62.2。若混凝土浇筑及拆模后挂草帘、塑料薄膜养护，估算混凝土最高温升为62.2,28d中心温度为33.9,混凝土收缩当量温差为4.8，28d总降温差为23.8,则max=0.7MPa.若混凝土浇筑后即露天养护，月平均最低气温为23.6,28d收缩当量温差为6.8,28d总降温差为32.5,则max=1.91MPa.3.2 江尖枢纽泵站底板温度应力计算 无锡城市防洪工程江尖水利枢纽节制闸底板38262.5m，原设计预留2m宽后浇带，由于施工复杂、且对工期有较大影响，施工方案讨论时拟取消后浇带，请河海大学通过有限元分析认为可以取消后浇带，笔者采用温度应力公式预测底板混凝土温度应力认为可以取消后浇带，实际施工过程中底板一次性浇筑施工，未产生温度收缩裂缝，混凝土温度应力计算结果如下。混凝土采用商品混凝土，P.O32.5水泥用量335kg/m3，理论计算水化热绝热温升55.4，混凝土2005年4中旬浇筑，计算混凝土浇筑温度平均取15。3.2.1 按公式1预测混凝土温度收缩应力 混凝土早期养护阶段(15d)混凝土抗裂安全验算月平均最低温度为5T=152/354.85.63+5=52.18 =1.90Mpa取C25混凝土15d平均抗压强度为25Mpa，抗拉强度为2.0MPa，抗裂安全系数K=2.01.9=1.051年期混凝土抗裂安全验算T=152/355.41016=-45.95 =1.87MPa 取C25混凝土1年期抗压强度为35Mpa，混凝土拉/压比为0.08，抗拉强度取350.08=2.8MPa,则抗裂安全系数K=2.81.87=1.501.153.2.2 按公式2预测混凝土3个月温度收缩应力 总降温差T=浇筑温度+水化热温升+收缩当量温差-稳定温度=15+55.40.65+19.216=54.2 =-ET/(1-u)（11/coshL/2）H=1.6Mpa。取混凝土3个月抗压强度33 Mpa、抗裂安全系数K=8%33/1.6=1.651.15。3.2.3 某水利枢纽闸站工程节制闸闸墩长16m，边墩厚1.8m、中墩厚1.4m、缝墩厚1.2m，抽水站站墩墩长27m，中墩厚1.0m、边墩厚1.2m。抽水站进水流道墩、出水流道墩、电机层墩分三次浇筑。抽水站底板长度 闸站底板、墩墙混凝土强度等级为C25，采用泵送混凝土，混凝土坍落度1618cm，砂细度模数2.52.8，石子为24cm、0.52cm大小二级配，外加剂为木钙。（1）抽水站底板混凝土温度应力预测 底板混凝土配合比中水泥用量335kg/m3，计算水化热绝热温升55.4，混凝土浇筑温度平均取22，根据公式1计算底板混凝土受两个方向约缩时6d、9d、28d最大温差应力分别为0.91 Mpa、1.26 Mpa、1.70Mpa，相应的粉煤灰混凝土抗裂安全系数K分别为1.32、1.151、1.24，均大于1.15。同理可计算混凝土最大温差应力（按90天龄期计）为2.1 Mpa抗裂安全系数K=1.17。根据公式2预测底板3个月混凝土温度应力总降温差T=浇筑温度+水化热温升+收缩当量温差-稳定温升=45.3+19.215=49.5 max=ET（11/coshL/2）H=-1.83Mpa。混凝土3个月混凝土抗压强度取35 Mpa、K=7%35/1.83=1.341.15。根据公式2进行底板混凝土28天分时段温差应力计算 表2为混凝土中心温度、收缩当量温差、弹性模量等计算结果。表3将混凝土28d划分为6个时间段，计算各时间段内混凝土温差、弹模、总温差、松驰系数等。从表3分时段计算结果可粗略看出，当混凝土处于升温阶段时，底板主要受压，一般不会因温度应力而出现贯穿性裂缝，但在这一阶段，由于混凝土龄期较短，强度低，表面易出现塑性裂缝和干缩缝，因此需注意保湿养护。在降温阶段，混凝土产生拉应力，至28d底板产生的拉应力为1.28Mpa 需说明的是：上述分时段计算中的应力松驰系数是在较好养护条件下计算的，如混凝土养护条件一般，考虑温差应力增加30%左右。（2）闸站墩墙施工气温、混凝土水化热温升及裂缝出现时间等见表4，以出水流道为例计算混凝土7d温度收缩应力实测墩中心最高水化热温度为6667，平均66.5，出现在混凝土浇筑后60h左右，经计算混凝土7d收缩温差2.7，大气平均气温28，则温度差T=66.5+2.7-41.2=41.2。根据公式2，温度应力=2.11Mpa闸站主体结构C25混凝土3d、7d、14d、28d、90d平均劈裂抗拉强度分别为1.25MPa、1.82MPa、2.23MPa、2.7MPa、4.1MPa。温度应力7d温度应力已超过混凝土抗拉强度，故混凝土产生温度收缩裂缝。混凝土中心温度等计算结果 表2龄期（d）036912151828中心温度（）2545.339.232.528.125.924.222弹性模量（103，Mpa）6.8812.116.119.221.523.326.7Tyi（）1.222.433.494.585.636.679.88应力松驰系数10.570.5170.4750.4420.4110.3880.336底板分时间段温度应力计算结果 表3时间段编号ABCDEFG龄期(d)033669912121515181828各时段温差Ti20.36.16.74.42.21.72.2收缩当量温 差1.221.211.061.091.051.043.21总温差19.087.317.765.493.252.745.41应力松驰系数0.7850.5440.4960.4590.4270.40.362弹性模量6.881039.4910314.110317.6510320.3510322.410325103各时段温差(Mpa)0.530.280.320.230.1350.110.203某工程闸站墩墙施工观测资料汇总表 表4部 位施工时间（日/月）粉煤灰用量kg/m3混凝土水泥用量 kg/m3混凝土入仓温度/墩中心混凝土最高温度/裂缝发现时间/d节制闸中墩8/79/790袋装水泥、散装水泥32028-355816边墩62缝墩60抽水站进水流道20/6-21/690袋装水泥32031-335320出水流道22/8-23/860散装水泥33530-31678电机层缝 墩13/960散装水泥33528-306412翼 墙60散装水泥3353017 3 墩墙混凝土温度裂缝产生原因分析墩墙混凝土温度裂缝产生原因分析图1为墩墙混凝土温度裂缝产生的原因分析 4 墩墙温度应力控制措施墩墙温度应力控制措施 墩墙混凝土混凝土温度裂缝控制可从三个方面考虑：降低混凝土水化热温升、降低混凝土内外温差、提高混凝土抗裂性、加强施工中混凝土温度监测、加强混凝土养护。防止混凝土温度裂缝采取的主要技术措施有：使用优质材料，在混凝土材料组成上尽量选择有利于抗拉性能的混凝土配合比，优选水胶比、减少坍落度，降低骨料含泥量及杂质含量，重视水泥性能的稳定，降低混凝土入仓温度、降低混凝土水化热，在施工过程中采取保温、保湿养护技术，控制混凝土温差和降温速度，掺入补偿收缩剂、抗裂纤维等是解决温度裂缝的重要措施之一。4.1降低混凝土温升是控制裂缝首要关键降低混凝土温升是控制裂缝首要关键 4.1.1墩墙混凝土温度组成中，水泥水化热引起的温升占主要因素，目前涵闸墩墙混凝土基本采用泵送工艺，混凝土坍落度一般在1618cm，为保证混凝土坍落度要求及/限值，混凝土水泥用量较大，20、25、30混凝土水泥用量300380Kg/m3，混凝土水化热势必较高，绝热温升比水泥用量为280Kg/m3的混凝土高约816，降低混凝土水化热主要措施是积极推广粉煤灰、矿渣粉等优质掺合料在水利工程中应用，如粉煤灰取代水泥率10%20，既节约水泥，降低混凝土成本510元m3，又可降低混凝土绝热温升58，减少或不增加混凝土干缩，可提高混凝土的抗裂性，并可改善混凝土拌合物性能及硬化混凝土的耐久性。应注意的是要通过加强养护，特别是早期养护，以减少粉煤灰混凝土的干缩变形、有利于混凝土强度的增长。水泥宜选用低热水泥,水泥中C3A含量宜控制在6%以内。墩墙浇筑后到使用期时间间隔较长，粉煤灰混凝土后期强度增长率较大，建议采用45d强度来代替28d强度。4.1.2降低混凝土浇筑入仓温度 水闸施工规范中规定混凝土入仓温度宜控制在28以下。设混凝土中水泥、石子、砂、水的用量分别为280kg/m3、1095kg/m3、825 kg/m3和168 kg/m3，石子、砂、水泥、水温度每升高1，混凝土出机温度分别升高0.34、0.26、0.09和0.31，即对混凝土出机温度影响最大的是石子、水及砂，降低出机温度最有效的办法是降低石子的温度，其次是砂和水的温度，因此气温较高季节施工时应采取措施，降低骨料及拌合水的温度，如避开高温改夜间浇筑，或骨料予以遮盖以避免阳光直射或辐射，用低温水拌和，另外配料台、拌和站、泵管等亦应遮盖。散装水泥有时温度高达7080，与30时相比，将使混凝土温升提高3.64.5，施工时需引起重视。散装水泥一般温度6070，炎热夏季施工可能使水泥早期水化加快、混凝土拌和物坍落度损失加快、甚至产生假凝、影响泵送效果，导致施工不能正常进行。笔者试验同一厂家水泥、相同配合比，将散装水泥温度冷却至32时，混凝土拌和物坍落度为165mm，20min后损失30mm，当水泥温度为67时，混凝土拌和物坍落度为100mm，20min后为50mm，已无法泵送。因此配合比设计时需考虑水泥温度对混凝土坍落度的影响。水工混凝土施工规范提出散装水泥运至工地的入罐温度不宜高于65，较高的散装水泥温度增加混凝土入仓温度，水泥温度每增加8，混凝土拌和物温度提高1。计算将80的水泥温度降至32，使混凝土拌和正常，C35混凝土水用量403，水用量197，正常拌和水温度20，需将拌和水温度降至0.36度。(水泥比热0.84KJ/Kg,水为4.2，每方混凝土的水泥放出的热量为403*0.84(80-32)=16248.96KJ,水需吸收的热量为16348.96，需降温16348.96/197*4.2=19.64。北京永定河芦沟桥拦河闸和小清河分洪闸31个闸墩中仅2#墩未裂，系因为浇筑时适逢降温天气，气温降低12，相应混凝土入仓温度低，墩中心最高温度仅32，而其他墩浇筑时日平均气温27左右，墩中心温度达5245，此例足见降低混凝土入模温度的重要性。4.1.3通冷却水冷却2 控制混凝土温降控制混凝土温降2.1适时拆模 混凝土拆模需考虑防裂要求，墩墙拆模时间一般35d，有的工程12d拆模，而此时正值水泥水化热峰值期，过早拆模混凝土表面温度散发较快，无保温条件下拆模后0.52d混凝土表面温度即与大气温度基本相同，混凝土表面温度散发较快易形成很陡的温度梯度，产生较大拉应力，而此时混凝土强度较低，易产生裂缝。拆模时混凝土强度应大于5MPa，较早拆模应有防止降温梯度过大的措施，如挂草帘、覆盖泡沫塑料板等保温养护，气温骤降69应避免拆模。2.2 保温与缓慢降温 混凝土内外温差每相差1，37d混凝土表面产生约0.025Mpa拉应力，墩墙厚度一般11.5m，混凝土23d即可达到最高温度，而混凝土散热期达30d。混凝土温升期、降温期因保温不够造成混凝土内外温差大是墩墙产生裂缝的重要原因。目前墩墙施工混凝土拆模后即露天养护，一般0.52d混凝土表面温度即可与大气温度相差无几，由此造成混凝土温降梯度大。如墩墙20m长，水泥用量340Kg/m3，6d混凝土内部温升为25.6，不同月份下和不同温降条件下6d混凝土温度应力计算结果见5，表5可见墩墙拆模后即露天养护，正常气候变化条件下就极有可能产生裂缝，而采用保温措施，提高混凝土表面温度、降低温降梯度，则可大大降低混凝土产生裂缝的可能性。遇急剧降温天气，不采取保温措施会产生裂缝，采取薄膜加草帘措施也会产生裂缝，需进一步采取保温措施，以防产生裂缝。采用钢模施工的墩墙，因钢的导热系数为木模的250倍、混凝土的30倍、草袋的400倍且其厚度薄，故钢模基本无保温作用，有的墩墙拆模后即发现有裂缝，系由于混凝土水化热高，混凝土表面温度接近大气温度，内外温差大，温度应力大于混凝土抗拉强度所致。在混凝土散热期，通过适当保温，减少降温速率和温度梯度，防止产生表面裂缝，又可延长散热时间，充分发挥混凝土潜力与松驰特性，防止产生裂缝。前述永定河闸31只墩仅2#墩未裂，由于该墩浇筑适逢天气降温后期，散热期又逢气温回升又延缓了散热过程。官厅水库溢洪道闸墩拆除重建采用保温措施防裂，两例皆说明保温与缓慢降温的重要性。目前墩墙施工大部分采用钢模板，其导热系数大，基本无保温作用。可视温差情况混凝土浇筑后采取保温措施。不同温降条件下混凝土温度应力计算结果 表5浇筑时间砼当量温差（）砼浇筑气温（）拆模后气温（）保温措施T（）H（t，）max(MPa)备注七月1.826.923.8无20.90.50.86薄膜加草帘14.30.30.3515.4无26.50.81.74急剧天气降温薄膜加草帘0.50.82三月1.87.13.1无21.50.50.88薄膜加草帘14.90.30.37-4.5无26.60.81.75急剧天气降温薄膜加草帘20.00.50.82表注：1表中混凝土浇筑气温、拆模后气温摘自东台市气象资料，、分别为7180年月平均气温、月平均最低气温；为7180年月极端最低气温。2混凝土表面覆盖对散热期混凝土最大温差的影响，草包及草包加薄膜覆盖下最大温差与未覆盖相比分别降低3.3和6.6。3提高混凝土抗裂能力 3.1 砂、石含泥量大，不仅增加混凝土收缩，又降低混凝土强度，对混凝土抗裂不利，因此粗细骨料含泥量应特别重视，因为含泥量的增加既增加混凝土收缩又降低混凝土强度，对抗裂特别不利。粗骨料和细骨料泥含量宜分别不大于0.5%和1.0%，石子中的石粉属于泥含量的范畴也应冲洗掉。颗粒级配对混凝土干缩有一定影响，粗骨料粒径宜选用540mm连续级配，砂的细度模数宜大于2.4。3.2 混凝土砂率与水灰比对收缩的影响 泵送混凝土骨料粒径较常规混凝土小13cm，砂率较常规混凝土高812，有的工程使用江砂，砂细度模数仅2.3左右，混凝土砂率取值较大，混凝土相同/下用水量较常规混凝土高3045kg/m3，由此造成相同强度等级下泵送混凝土较常规混凝土收缩大，这是泵送混凝土易裂的一个重要原因。混凝土水灰比对收缩影响较大，资料（3）认为在湿度条件下，d龄期混凝土水灰比每增加0.05，干缩率增加3.810-6，抗拉强度降低约0.2Mpa，假设25泵送混凝土28d抗拉弹性模量为2.62104Mpa，则在完全约束状态下混凝土收缩应力增加3.810-62.6210-4=0.1Mpa，混凝土抗拉强度降低与干缩应力的增加两者之和约0.3Mpa，因此施工中应严格控制混凝土配合比特别是水灰比。3.3采用适宜外加剂 C20C30混凝土施工气温10以上宜选用缓凝型早强复合外加剂，以延缓水泥初、终凝时间，推迟水泥水化热峰值，同时又可使混凝土具有较高的早期强度，从而提高混凝土早期抗裂能力。气温010以下宜选用早强型外加剂,0以下宜选用抗冻早强型外加剂。因外加剂可增加混凝土干缩率,80%以上的外加剂均增加了混凝土的干缩，外加剂选型中需注意选择干缩率值相对较低的外加剂，大于10宜选用中等减水率缓凝早强型外加剂，气温低于5宜选用早强型外加剂。3.4石灰岩碎石线膨胀系数相对较小，用其拌制的混凝土弹性模量低，极限拉伸值相对较大，施工应优先采用，石英岩碎石线膨胀系数相对较大，墩墙混凝土不宜使用。3.5加强混凝土保湿养护，降低混凝土干缩应力 混凝土散热期同时又是混凝土养护期，若养护不够，特别是在炎热的夏季，混凝土水份不断散发，混凝土表层产生较大的干缩应力，同时混凝土抗拉强度和极限拉伸亦有较大降低，表6系根据资料（1）试验得出的混凝土干缩率计算不同养护方式对混凝土干缩应力的影响。完全约束状态下两种养护方式混凝土干缩应力估算 表6 养护方式W/C=0.55W/C=0.607d14d28d7d14d 2828d湿度70%(较干燥)1.253.436.861.53.296.92湿度90%(潮湿)0.240.711.230.33 0.921.60 3.6适当设置水平筋，使用补偿收缩混凝土、纤维混凝土以提高混凝土抗裂能力 钢筋弹模为混凝土弹模的715倍，当混凝土内拉应力达到抗拉强度而发生裂缝时，钢筋应力1030Mpa。配筋对混凝土极限位伸的影响，国内外一直有争议，但合理配筋可限制裂缝开展、减少裂缝宽度、细而密的钢筋可提高混凝土抗裂性的观点却是一致的。设墩墙两侧面布置的14水平钢筋间距由12.5cm增加到25cm，配筋率增加一倍在极限状态下混凝土计算拉应力仅提高5.3%，在相同配筋率下钢筋直径降低极限拉伸下可承受的拉应力提高值相对越大，且配筋率越高、钢筋越细拉应力提高值越高。建议采用适当配筋率并降低钢筋直径。在墙高1/2以下采用补偿收缩混凝土（改善混凝土收缩性能、补偿混凝土全部或部分收缩），通过混凝土早期产生的膨胀能抵消混凝土的收缩能，达到防止混凝土裂缝的目的，在工民建工程中已得到较好的推广应用，但要注意加强混凝土早期20d以内的湿养护，因为膨胀剂只有在良好的湿养护条件下才能产生化学反应、产生硫铝酸盐微胀源，否则混凝土产生的收缩可能比不掺膨胀剂的普通混凝土更大。混凝土中掺入聚丙烯纤维，可防止混凝土微裂缝的扩展，提高混凝土抗拉性能。九曲河枢纽套闸工程规模为12（16）1902.5m,上下闸首为空箱结构，闸室分12节，每节长16m，采用分离式坞式结构，导航墙为钢筋混凝土扶壁结构，混凝土约20000m3，混凝土设计强度等级C25，采用泵送施工工艺，为防止混凝土产生温度收缩裂缝，在混凝土中复合掺入粉煤灰、PPF聚丙烯纤维、缓凝减水剂，取得较好效果。混凝土配合比见表7，混凝土加料顺序同正常混凝土，拌和时间150s，所配制的混凝土粘聚性好，不产生分层、离析现象，混凝土泌水率比为98%，说明混凝土保水能力较强。掺入PPF聚丙烯纤维提高了混凝土的力学性能，特别是抗拉性能（见表8）。文献4 试验认为掺入PPF聚丙烯纤维拌制的混凝土劈拉强度及极限拉伸值提高较多弹性模量较低，混凝土的变形能力较好，能阻止混凝土中非结构性微裂缝的发展，从而提高混凝土早期的抗裂能力。原因在于PPF聚丙烯纤维高度分散于混凝土基体中，在混凝土产生裂纹源后，高度分散的纤维以及每条纤维表面、两端的微纤可以在混凝土基体中充分发挥搭接作用和牵制作用，在混凝土内部构成一种乱向体系，起到次级加强筋的作用，从而有效抵制裂纹的进一步扩展。九曲河套闸工程混凝土配合比 表7砼强度等 级混凝土配合比（Kg/m3）坍落度(mm)扩展度(mm)水泥砂大石子小石子粉煤灰水PPF纤维NAF-3C25 315 738 886221601890.82.5160180360380序号检验项目检验结果未掺纤维掺纤维强度比128d抗压强度/MPa32.733.6103%228d抗折强度/MPa3.94.2108%328d劈裂抗拉强度/MPa2.73.3122%4抗渗性能（渗水高度）/mm11050渗水高度比45%5砂浆抗冲击性能/Kjm-21.72.0提高率17.6%掺PPF聚丙烯纤维混凝土力学性能试验结果 表8 3.7适当降低墩墙长度，墩墙长度在20m以内其温度应力与长度基本成线性比例，适当降低墩墙长度有利于减少裂缝，如九曲河枢纽闸站下游分隔墩长35m,长度方向采用分二段浇筑，有的工程闸墩门槽采用后浇带二次浇筑，均有效避免了裂缝的产生。4.l加强混凝土施工、养护过程各个环节加强混凝土施工、养护过程各个环节 4.1.1施工方案设计时宜提出温控要求和温控措施，忽视或不考虑温降与收缩应力的影响，是墩墙产生裂缝的原因之一。4.1.2混凝土施工需注意的几个问题 （1）尽量减少墩墙与底板浇筑间隔时间，因为间隔时间越长，底板对墩墙约束作用越大，所产生的温度应力相对越大。（2）加强混凝土计量，严格控制混凝土水灰比，加强砂石等材料含水率控制，控制混凝土坍落度，提高混凝土拌合物质量与均匀性，降低混凝土离散。施工过程中需防止混凝土离析、振捣不实、过度振捣，采取必要措施防止沉降收缩裂缝产生。（3）加强养护，底板表面系数大，需防止产生塑性收缩裂缝，在混凝土终凝抹面后要及时覆盖塑料布并补水养护。墩墙表面系数大，养护所需费用相对较大，需做好混凝土表面覆盖养护，使综合温差降低，加强保湿养护。（4）采用后浇带、预应力等措施解决温度裂缝问题。4.3确定温度控制与温度应力控制的双重观点，施工前进行混凝土配合比设计时测试混凝土抗拉强度（3d、7d、28d），确定允许温差，并确定施工过程中需采取的技术措施。施工过程中进行温度监测，混凝土中心与表面温升曲线见图2，温控要求为在各阶段混凝土表面温度与中心温度差T2025，当实测温差接近允许温差时采取措施。温度 中心温度T2 表层温度T1龄期（d）图25.某节制闸工程温度裂缝监控 某节制闸工程单块底板尺寸37m48.5m2.5m，单块底板砼方量为4700m3，闸墩尺寸37m4.5m6.5m，砼强度等级为C30。为防止混凝土产生温度收缩裂缝，底板采取了设置膨胀加强带、砼掺加UEA-B和聚丙烯抗裂纤维、增配抗裂钢筋束，底板和闸墩采用通水冷却降温、混凝土保温保湿养护，有效地解决了大体积砼容易出现裂缝的问题，经现场检测，底板和闸墩均未出现任何裂缝。混凝土配合比见表9强度等级42.5P.O水泥砂石（531.5）JM-水粉煤灰C3033272810905.2917575某工程混凝土配合比表95.1闸底板温度裂缝控制与监测 在底板内布设冷却水管，沿底板厚度（2.5m）方向水管，上层布置3层冷却距底板顶面90cm，底层冷却水管距底面60cm，中层冷却水管距上下两层冷却水管的中间且呈梅花形布置，水管走向为顺水流向，管径为50mm，壁厚为1.5mm。同一层水管间距按1.5m均匀布置，在同一层冷却水管中，每16根支管用软管并联至80母管，每 块底板总计布置95根冷却水管，配6台套5.5kw、Q=40m3/h潜水泵，保证各支管内冷却水满流、管中流速不小于0.6m/s。底板浇筑完成后12小时开始接通循环冷却水，混凝土表面采用覆盖保温养护，通过采取一系列技术措施，底板砼未产生裂缝。闸底板混凝土温度变化见图3 5.2闸墩温度裂缝控制与监控 该工程缝墩厚4m，岸墩厚4.5m，高6.5m，长37m，单块墩墙砼约800m3，砼强度等级C35，抗渗等级W4，抗冻等级F50。采取预埋冷却水管为主要手段的施工方法，结合其它温控措施来实施闸墩的施工。闸墩砼浇筑在3月下旬4月中旬，闸墩砼一次浇筑到顶，冷却水管的布置方式，同一层冷却水管沿闸墩厚度（4.5m）方向顺着对敲螺丝布置并固定，其间距为60cm，垂直向计布置10排冷却水管，排于排之间间距为60cm，每3-4排并联后布置一个进出水口，其进出水口布置在闸墩上平面。闸墩浇筑开始后即开始接通循环冷却水。混凝土浇筑后在水平面上覆盖塑料薄膜保湿，在薄膜上覆盖一层土工布一层草包保温蓄热；立面模板外挂薄膜和草包，并随着浇筑面的上升而同步悬挂，模板外保温养护时间7d。拆模后及时采用喷养护剂养护，养护剂喷涂完成后，利用对销螺栓悬挂双层草包保温。在覆盖的薄膜内洒水养护，养护时间14天。闸墩温度监控见图4 7、混凝土温度裂缝的处理 温度收缩裂缝，对结构安全无影响，但裂缝可能对其内部钢筋产生锈蚀，在对温度裂缝宽度进行观测无变化后对裂缝进行修补，处理方法主要有：表面涂料保护、粘贴玻璃纤维布、表层裂缝嵌填修补砂浆、壁可法裂缝灌浆、高压灌注聚合物浆液，应根据裂缝性质、裂缝宽度、环境条件等选择有效的修补方法。水上构件缝宽大于0.15mm的裂缝采取壁可法、高压灌注法等封闭灌浆的办法处理；裂缝宽度0.10.05mm的裂缝可采用表面涂料保护、粘贴玻璃纤维布、表层裂缝嵌填修补砂浆、壁可法裂缝灌浆等方法修补。水下构件的裂缝采用粘贴玻璃纤维布、表层裂缝嵌填修补砂浆、壁可法裂缝灌浆、高压灌注法等方法修补。水变区构件可采用高压灌法处理。参考文献 1.朱伯芳著，大体积混凝土温度应力与温度控制，中国电力出版社；2.王铁梦著混凝土裂缝控制；3.林毓梅，江苏水利科技1987年第2期，泗阳复线船闸混凝土裂缝浅析混凝土干缩与沉降的影响试验研究；4.葛洲坝水利水电工程集团公司试验中心三峡试验室，江苏丹阳PPF聚丙烯纤维混凝土性能试验成果报告，2001年7月16日 5.国家建筑材料工业房建材料质量检验测试中心，PPF聚丙烯纤维砼性能检验报告，2003年4月21日1水泥质量的均匀性、稳定性及其对混凝土性能影响笔者统计20012003年8月应用于我省部分工程水泥质量波动情况，水泥质量波动较大且小型企业高于大中型企业，水泥强度合格率统计结果。笔者对常用的P.O32.5水泥统计，3d抗压强度低于14MPa，其28d强度基本低于34MPa，大厂水泥3d强度15MPa，一般28d强度大于36.5MPa，小厂3d强度16.5MPa，一般28d强度大于36.5MPa，因此在混凝土配合比设计时需同时测试水泥强度，无资料时大中型企业建议取38MPa、小企业建议取34MPa，施工过程中应根据水泥3d强度调整水泥用量，特别在3d抗压强度低于14Mpa时需增加水泥。水泥活性高低对混凝土强度的影响与水灰比有关，在水灰比为0.3、0.35、0.4时，水泥强度每增减1MPa，混凝土强度增减1.29、1.1、0.9 MPa。笔者统计用P.O32.5水泥配制C20、C30混凝土，水泥28d抗压强度每降低1MPa，混凝土水灰比需降低0.010.015，水泥用量需增加510Kg/m3。2.标准稠度需水量对混凝土用水量的影响水泥标准稠度需水量大，意味着在保持混凝土水灰比不变的前提下，混凝土单位水泥用量需增大。不同企业水泥需水量与混凝土用水量关系见图1。工程施工过程中在确定混凝土配合比后，混凝土中水泥、砂、石、外加剂等用量不变，往往只是通过调整用水量实现混凝土坍落度不变，水泥需水量的变化引起混凝土水灰比发生变化，对混凝土性能带来不利影响。水泥质量波动情况企业类别统计批数项目标准稠度用水量%初凝时间/min终凝时间/min抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28dR3/R283d28dR3/R2818家小厂86平均值27.224733416.636.50.453.66.70.53标准差3.454.820.050.630.670.06最大值30.635543527.252.60.565.68.30.71最小值23.21002108.926.80.302.05.20.3619家大中厂348平均值27.621730819.341.20.474.07.40.54标准差3.224.050.060.510.540.05最大值33.037548532.951.20.725.38.80.68最小值24.410019211.128.30.312.55.70.35 水泥强度不合格率统计年份企业类别统计批数抗压强度不合格率/%抗折强度不合格率/%按上表计算水泥28d抗压强度保证率/%3d28d3d28d20012003.0818家小厂865.81 11.633.492.338319家大中厂34800.290098.5工程水泥质量抽检结果统计表（时间15个月），抽检结果反映水泥质量波动较大，说明水泥中混合材的掺量波动较大。表4 A厂水泥质量抽检结果统计表项目标准稠度用水量/%初凝时间/min终凝时间/min抗压强度/MPa3d28d平均值27.818327020.341.1标准偏差4.084.69最大值30.037045532.948.3最小值24.910020011.528.3极差5.127025521.420样品化学成分分析有关样品化学成份测试结果见表5。国家标准要求普通水泥中熟料含量大于80%，按厂方介绍水泥中掺入8%矿渣、7%粉煤灰和5%石膏计算水泥中CaO含量在55%左右。按水泥中掺入8%矿渣，其余掺粉煤灰混合材，推算03#袋装水泥中粉煤灰掺量为21.6%，熟料含量65.4%；01#水泥中粉煤灰掺量31.3%,熟料含量55.7%；如果水泥中矿渣掺量较多，则熟料含量更低。通过样品化学分析认为水泥中混合材的掺量偏大可能引起混凝土超时缓凝。表5 样品化学成分分析 样品编号样品名称SiO2/%Al2O3/Fe2O3/%CaO/%MgO/%01C区未取出完整芯样部位混凝土中分离的水泥+粉煤灰混合样（过0.08mm筛）37.314.053.7132.781.5102320g顶板混凝土用袋装水泥+90g级粉煤灰混合样35.9613.554.2536.631.4503顶板混凝土用袋装水泥28.549.54.9547.32.1504工地粉煤灰54.3630.285.232.650.773水泥中混合材品种与掺量对混凝土性能的影响近年来有的企业只要水泥强度等指标合格，将多掺粉煤灰等混合材作为获利的手段，有的厂甚至将掺25%40%粉煤灰的水泥仍以普通水泥出售。由于用户一般只检验水泥的强度与安定性，并未确认水