水利工程大体积混凝土抗裂技术分析-1.docx

水利工程大体积混凝土抗裂技术分析

司晓娜+景洁琼
摘 要： 水工建筑物往往以其体积庞大，所处工作环境恶劣和运营变化而对混凝土的强度变形耐久等性能的要求更加严格。越来越多的工程实践表明，大体积水工混凝凝土的开裂问题，已成为影响其耐久性的主要因素之一。虽然混凝土开裂往往难以避免，但若采用切实有效的综合防裂措施，则可有效控制其病害程度。为此，本文在充分了解大体积混凝土概况的基础上，对水利工程大体积混凝土裂缝类型及成因进行了分析，并提出了相应的抗裂措施，以期全面提升工程质量，达到最佳抗裂效果。
关键词： 水利工程；大体积混凝土；抗裂技术
一、大体积混凝土的概况
所谓大体积混凝土，是指在混凝土结构中，最小段在1米以上的混凝土结构。大体积混凝土受许多因素影响，结构断面内布置的钢筋比较多，结构尺寸比较大，混凝土的浇筑量也比较大。此外，混凝土也具有可塑造强、经济适用、抗震性好、强度高等优势。大面积的混凝土浇筑，在水化热作用的影响下，容易产生温度应力，进而形成裂缝。水利工程施工的项目比较多，大体积混凝土在水闸、涵洞、坝等施工项目中的应用尤为频繁大体积混凝土施工的技术难点，主要是裂缝。水利工程大体积混凝土结构物，由于其截面尺寸较大，一般由外荷载引起裂缝的可能性很小 但由于水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。
二、大体积混凝土裂缝类型及成因
1、收缩裂缝
混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力是很大的。特别是大体积混凝土结构物，如果应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土中，即使水灰比不低，自身收缩量值也不大的情况下，但在与温度收缩叠加到一起时.就会使应力增大，所以在比较大的水工建筑物大体积混凝土施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。
2、温差裂缝
水泥水化热引起的混凝土内部与混凝土表面的温差过大。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑.浇筑后。由于体积大水泥因水化引起水化热聚集在内部不易散发.其内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄期较短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度.则会在混凝土表面产生裂缝。
三、水利工程大体积混凝土抗裂技术的应用
1、材料选择
在配置混凝土时，要高度重视采用的水泥用量、种、水灰比的控制、掺外加剂、骨料的选择等等。
（1）混凝土。在选择大坝混凝土，应当优先选择采用低含碱期强度高、初凝期长、低发热量、塑性性能好的特制泥。C2S的水花速度慢，水化热小，体积收缩不大，而且后期的强度高，由此可以得知C2S是比较适合的矿物，由于C3A的水化热最大，所以其含量应适当控制。综合因素考虑，硅酸盐水泥熟料的化学成分的比例最好能控制在C2S十C3S≥80%，C3A≤5%，C4AF≤15%这个范围内。水泥的使用品种最好不要选太多种类，而且将水泥运进工地时应当严格地进行质量检验，并进行相关试验的测试。
（2）水泥。为了保持水泥的流动性、粘聚性和保水性，为了避免配制出的混凝土质量不合格，以致不能浇筑。所以在配制混凝土时，一定要尽可能地减少水泥用量和单位水泥的用水量即水灰比，最大水灰比和最小水泥用量有一定的规定。
（3）砂石骨料。在大体积混凝土中，骨料所占比例通常为该混凝土的绝对体积的80%～83%，所以应选择体积膨胀系数小、弹性模量低、级配均匀的骨料。砂子除了砂粒的大小要满足骨料的要求外，还要适当多加点石粉或细粉，因为石粉或细粉可以提高混凝土的密实性、工作性能、耐久性和抗裂性等。研究表明，石粉的比例一般占沙子的15%～18%。
（4）掺和料。水泥掺和料选用前，一定先要经过试验的测定，然后再从试验中选取符合要求的活性材料，因为这是为了避免掺用不合格的材料，防止影响混凝土的强度和寿命等性能。在混凝土中可以掺用粉煤灰，这可以提高混凝土的抗渗性、耐久性，提高混凝土的抗拉强度，可以减少混凝土的收缩和泌水性，降低了其水化热，抑制了碱骨料间的反应，这些均有助于提高混凝土的抗裂性能。但是一定要保证粉煤灰的细度要与水泥颗粒相当，而且其含硫量和含碱量要低，所需水量比要小。混凝土中除了可以掺用粉煤灰外，添加掺合料的水泥综合性能都很好，比如添加矿渣的矿渣硅酸盐水泥、添加火山灰的火山灰硅酸盐水泥等等。
（5）外加剂。为了使混凝土可以向高性能化发展，外加剂是不可或缺的重要组分，应积极使用。例如外加剂中的高效减水剂和引气剂，将它们混合使用，可以减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料的用量，这样不但减少了搅拌混凝土时所需的工作量，而且也提高了硬化混凝土的力学、热学等方面的性能，还提高其耐久性等。
2、裂缝控制
（1）浇筑法
大体积结构的混凝土浇筑可分为三种浇筑法，即全面分层、分段分层和斜面分层。如果要求混凝土浇筑强度大，则采用全面分层法浇筑；如果要求的浇筑强度小，采用斜面分层法。施工中选择浇筑法可根据结构物的形状尺寸、捣实方法和混凝土供应能力等来进行选择。目前常用的是斜面分层法。
（2）混凝土的捣实
混凝土的捣实过程就是把浇筑入模的混凝土浇灌过程进行振捣的过程，这样可以提高混凝土的密实度。因为振捣可以排出气泡，使混凝土中各物料更加均匀地混合，得到最大的密实度。对于体积较大的混凝土为了更好地抗裂，最好进行两次振捣技术。
（3）控制混凝土初始温度
①限制出料口温度。当外界气温较高时，必须采取人工降温措施。如用冷水喷淋骨料，用凉风冷却骨料等。
②在坝体混凝土内预埋冷水管，进行冷却。
（4）拆模
混凝土尽量晚拆模，拆模后要保证混凝土表面温度下降不能超过15℃，而且现场试块强度不能低于C5。
3、混凝土补强处理
（1）灌浆处理。灌浆是处理混凝土裂缝的有效方法。一定要在需要补强灌浆的混凝土上钻孔灌浆。
（2）结构补强。结构处理有多种方法，一种是小丰满补强时所采用的钢筋锚栓。另一种则是待坝体稳定后顺着裂缝面挖大约1m宽的槽，紧接着回填优质的混凝土，此法尽管施工较为繁杂，但也许是当前有效性最好的一大措施。
（3）挖除后重新回填。事实上，像浇筑事故、裂缝、混凝土强度不够等情况比比皆是，它的影响很繁杂，此时通常水泥灌浆要想收到预期效果有着相当高的难度，更有甚者就算是采用一些结构补强措施也无济于事。为此，我们可依据实情试着去将其挖除之后再重新回填，在回填过程中唯有对温度应力与施工质量进行严格的控制，才有可能使得新老混凝土结合好。
四、结束语
综上所述，随着水利工程施工技术的不断发展进步，大体积混凝土施工技术在水利工程施工建设中得到了广泛的应用。由于大体积混凝土施工工艺复杂，容易出现裂缝而且施工质量影响因素较多，因此已经成为水利工程的整体施工质量控制的关键内容。为此，必须在充分了解水利工程大体积混凝土裂缝原因的同时，做好抗裂施工措施，科学选取抗裂施工技术，不断提升技术水平，才能最终达到工程质量提升的目的。■
参考文献
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