水工混凝土防裂研究

水工混凝土防裂研究（精选五篇）

水工混凝土防裂研究 篇1

就水工混凝土而言, 大部分都是大体积混凝土。大体积混凝土浇筑后初期内部温度急剧上升, 热量散发慢, 引起混凝土膨胀变形。此时混凝土的弹性模量小, 因而在升温过程中由于基础约束, 混凝土膨胀变形产生的压应力很小, 往往可以忽略不计。随着龄期的增长, 水化热逐渐减少, 混凝土强度及弹性模量逐渐增大, 而此时混凝土温度逐渐降低, 混凝土发生收缩变形时受到基础约束就会产生很大的拉应力。因大体积混凝土在后期降温的拉应力很大, 而抗拉强度往往只有抗压强度的1/8~1/12, 且为脆性不均匀体, 所以大体积混凝土抵抗温度拉应力的能力很低。当拉应力 (或拉伸应变) 超过混凝土抗拉强度 (或极限拉伸值) 时就会产生温度裂缝。

(二) 裂缝的类型、产生原因及危害

大体积混凝土发生的温度裂缝按其部位和原因主要分为:表面裂缝、深层裂缝、基础贯穿裂缝、网状裂缝、劈头缝等。

大体积混凝土产生裂缝的主要原因是温度和湿度的变化、混凝土本身的脆性和不均匀性以及结构形式不合理等。此外原材料不合格, 模版变形, 不均匀沉降等外部因素也会引起裂缝。不过混凝土最常见的还是温度裂缝。

大体积混凝土的温度裂缝虽然在技术上可以补救, 但在施工当中费工、费时还耗费财力物力, 处理之后还会留下薄弱环节, 难以根治。所以对温度裂缝应该在设计和施工当中加强温度控制和混凝土的质量管理, 防患于未然。

(三) 温控防裂研究现状

在混凝土结构设计方面, 充分研究边界条件、当地的气温、水温、地温分布规律, 选择合理的结构形式、分缝分块, 从而在结构上提高了混凝土的抗裂性能;在混凝土原材料选择与配合比设计方面, 主要是通过选择低热水泥掺用优质掺合料和外加剂, 从而使混凝土具有较高的抗裂能力;混凝土骨料预冷方面, 主要是水冷加风冷和二次风冷两种方式。在混凝土运输、浇筑过程中的保温措施方面基本成熟, 关键在于管理与落实, 确保效果;混凝土初期冷却方面, 冷却水管材料由金属管发展为高密度聚乙烯塑料管, 塑料管虽然传热效果比金属管稍差, 但易于安装, 成本较低, 通过延长通水时间可达到预期效果;在施工管理方面, 充分利用计算机技术, 对施工过程进行仿真, 优化施工程序, 合理安排与调整施工计划, 从而达到合理、有序施工, 利用低温季节浇筑基础部位混凝土, 薄层、短间歇、均匀连续上升, 从而有效地防止裂缝的产生。

(四) 施工中的温控措施

温控防裂是一项系统的复杂的工作, 首先要做好科学的规划, 合理的安排, 制定出符合现场条件的施工措施, 然后严格按照施工措施的要求, 控制好混凝土施工的各道工序, 严防威胁水工混凝土安全的裂缝出现。

重庆彭水水电站右岸引水发电系统的进水塔混凝土工程施工期间当地最高气温超过40℃, 施工方在混凝土浇筑前深入分析现场实际情况, 制定出合理的施工措施, 施工过程中严格执行各项温控措施。最后进水塔没有出现一条温度裂缝, 施工过程中的温控措施非常成功。

1. 综合管理

(1) 避开高温时段

一般水工建筑物规模大, 施工时间长, 野外作业受环境影响大。为了减少恶劣的环境给施工带来的负面影响, 在施工之前应充分考虑各个不利因素。混凝土浇筑在总体规划上应尽量避开夏季高温时期, 高峰期不规划在暑热季节, 重要部位选择在阴天, 雨后等气温相对较低的时段施工。整体上混凝土浇筑应避开中午高温时段, 选择在下午气温回落时开仓, 利用夜班, 争取次日上午收仓。

(2) 合理安排仓位

在仓面的安排上也要充分利用现有资源分析最大入仓强度, 划分出大小合理的仓面, 使混凝土的浇筑少受高温的影响。

(3) 分析及合理利用资源

充分利用资源, 各环节密切配合, 加快施工速度。高温季节上层混凝土覆盖时间不宜超过2h。

彭水进水塔各仓面大小为400m3~1200m3, 备好仓之后安排在下午4点到5点开仓, 根据不同仓号高程, 采用门机吊罐、泵送和溜槽等入仓手段, 合理调配各项资源, 各工种密切配合, 一般能在次日10点之前收仓, 很好得避开了中午的高温时段。

2. 施工温控措施

实际施工当中一般是工期紧, 任务重, 施工方不得不面对高温热浪等不利因素。这就要求混凝土施工的各环节采取温控措施。

(1) 配合比设计

在混凝土配合比的设计上首先要满足设计的强度及抗渗抗冻要求, 其次在选材上要优先选用热膨胀系数较低的砂石料, 发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。配料上选择较优的骨料级配, 摻粉煤灰、外加剂以减少水泥用量, 从而减少和延缓水化热的发生。

根据实际施工中的实验数据可知:采用发热量低的水泥和减少水泥用量是减少水化热最有效的方法。具体有以下几个方面:1) 骨料选用较大粒径, 改善骨料级配。2) 采用低流态混凝土, 各种级配下不同坍落度的水泥用量应通过实验确定。实验表明, 通常情况一方混凝土每增加一个级配可减少水泥用量20~40kg, 每降低1cm坍落度可减少水泥用量4~6kg。3) 加摻合料, 在混凝土中加粉煤灰等摻合料可减少水泥用量, 减少的水化热与摻合料的品种和用量有关。4) 加外加剂, 在混凝土中添加减水剂等外加剂可改善混凝土性能, 减少水化热的发生。

(2) 拌合

拌合阶段温控主要目的是降低出机口温度, 主要方法有骨料预冷和加冰拌合。

拌合前各种原材料的温度决定了混凝土出机口的温度, 而拌合机本身所产生的热量很少, 一般小型拌合楼都可以忽略。要降低出机口温度, 就必须降低各种原材料的温度。在实际生产当中, 一般对粗骨料和拌合用水采取降温措施, 而混凝土中的水泥、外加剂所占比例不大, 如果对其预冷的话, 不仅效果不明显, 而且会增加很多繁琐的工序, 也是很不经济的。砂一般也不进行降温处理, 如有特别需要的, 可采用真空气化冷却等方法, 但效果都不明显。

骨料预冷通常有水冷法、风冷法和真空气化冷却法, 水冷法又分浸水冷却和喷水冷却。水冷法工艺简单, 但是需要占用较多施工场地, 且骨料含水率发生变化, 给混凝土水灰比控制带来一定难度。另外由于冷却水温度一般在4~5℃, 骨料冷却不能大幅度降低。风冷法一般不存在改变骨料含水率的问题, 且冷却风温度可以达-5℃左右, 能大幅度降低骨料温度, 但是风冷法冷却时间较长, 影响拌合楼生产效率。真空气化冷却法虽然冷却效果好, 效率高, 但是工艺复杂, 所需设备多。实际当中可结合水冷、风冷法使用。

当采取骨料预冷后仍然不能满足要求时, 可用冰屑代替一部分拌合用水, 这就是加冰拌合。加冰拌合的关键是要让冰屑在拌合的过程中完全融化吸热, 且拌合之后要注意混凝土保温隔热。如冰屑提前融化则减小降温效果, 融化不尽则会影响混凝土质量。实际生产当中冰屑粒径一般控制在2~3cm。冰屑在拌合过程中融化将吸收335k J/kg的热量, 从而进一步降低混凝土的出机口温度。

(3) 运输

采用混凝土罐车运输时可对混凝土罐外壁洒水降温, 平板车可设遮阳篷避免混凝土被阳光直射。皮带机等设备可设遮阳篷, 或设置在通风低温廊道等部位。减少混凝土转运次数, 提高各机械设备效率均可有效防止混凝土运输过程中温升过大。

彭水进水塔混凝土施工采用购买合格的预冷商品混凝土的方式, 使用增设了遮阳篷的平板车或罐车运输至施工现场, 其中罐车是在旋转的混凝土罐上部固定湿润的棉布来降低混凝土罐的表面温度。

(4) 浇筑

浇筑过程可采取遮阳设施、喷雾等措施降低仓面小环境温度, 混凝土浇筑之后及时用保温被遮盖, 避免阳光直射。

彭水进水塔在高温季节施工时, 采用功率达75kw, 压力控制在30~40mpa的冲毛机共两把冲毛枪对仓面喷雾, 混凝土浇筑之后马上用保温被覆盖, 降温效果非常明显。

(5) 通水

初期通水是为了削减浇筑层水化热, 一般采用6~8℃的制冷水, 采用河水效果较差, 通水时间10~15d, 在混凝土收仓时开始通水, 单根水管通水流量不小于18L/min。每日改变通水的方向, 使混凝土内部温度均匀降低。

中期通水是削减混凝土内外温差的有效措施。在气温年变化的影响下, 高温季节浇筑的混凝土内部热量大, 适当的中期通水可减少混凝土内外温差。

后期通水的作用是使被横缝划分的混凝土柱状块在施工期强迫冷却至稳定温度 (设计封拱灌浆温度) , 以便使经温度和自身体积变形而张开的接缝采用水泥浆灌注密实后, 恢复混凝土整体性。

各期通水冷却水管的埋设, 应互相结合、优化布置。

根据设计要求, 彭水进水塔底板需要布设冷却水管通冷却水对混凝土进行降温。分为初期通水和中期通水。初期冷却:当冷却水管全部被混凝土覆盖后开始通系统水, 根据混凝土浇筑后的气温通水时间10~15d。单根水管流量18L/min。冷却时混凝土日降温幅度不超过1℃, 水流方向每天改变一次, 使混凝土块体均匀冷却。中期冷却:9月初开始对5月浇筑的块体进行冷却, 10月初开始对4月浇筑的块体进行冷却。中期通水采用江水或清洁的基坑水, 通水时间1.5~2.5月, 以混凝土块体温度达到20~22℃为准, 单根水管流量达15~20L/min。

(6) 养护及表面保护

混凝土表面流水养护也是降低混凝土最高温度的有效措施之一, 可根据各个不同部位的现场情况制定出合理的养护措施, 以达到降温的目的。

大体积混凝土产生的部分表面裂缝会发育成深层裂缝或贯穿裂缝, 直接影响结构的安全, 危害极大。

引起表面裂缝的成因主要是干缩和温度应力。干缩引起的表层裂缝一般较短浅, 可通过及时养护预防。而气温变化、水化热、初始温差均会引起温度应力。为了解决由于气温突然变化引起的温度应力, 需要对混凝土表面进行保护。

彭水进水塔在每次混凝土浇筑完成之后对水平施工缝采取洒水养护, 在塔体周边布置带小孔的水管, 对立面进行流水养护。冬季来临之前在塔体立面铺设保温被, 以达到表面保护防裂的目的。

(五) 结语

水工混凝土防裂研究 篇2

2010-07-22 12:12:41来源：土木工程网收集整理

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1大体积混凝土裂缝形成的原因

裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。本文主要探讨材料型裂缝。其中具体原因如下。

1.1温度应力引起裂缝（温度裂缝）目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝；另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。

1.2收缩引起裂缝收缩有很多种，包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等等。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩。

1.2.1燥收缩混凝土硬化后，在干燥的环境下，混凝土内部的水分不断向外散失，引起混凝土由外向内的干缩变形裂缝。

1.2.2塑性收缩在水泥活性大、混凝土温度较高，或在水灰比较低的条件下会加剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不均匀的裂缝，出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加大，于是裂缝进一步扩展。

2防止裂缝的措施

由以上分析，材料型裂缝主要是由温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩，具体措施如下。

2.1优选原材料

2.1.1水泥由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和C3S的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100c㎡/g，1d的水化热增加17J/g～21J/g，7d和20d均增加4J/g～12J/g。

2.1.2骨料

①粗骨料尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。

②细骨料，宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。

2.1.3加入外加剂加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响：

①减水剂对混凝土开裂的影响减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。

②引气剂对混凝土开裂的影响引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在这里值得注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在GB8076～1977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。

2.2采用合理的施工方法

2.2.1混凝土的拌制：

①在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度。

②要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6℃左右。

2.2.2混凝土浇注、拆模：

①混凝土浇注过程质量控制浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。

②浇注时间控制尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。

③混凝土拆模时间控制混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。

2.2.3做好表面隔热保护大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇注后，由于内部较表面散热快，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，但是这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者过分通风散热，使表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土在拆模后，特别是低温季节，在拆模后立即采取表面保护。防止表面降温过大，引起裂缝。另外，当日平均气温在2～3d内连续下降不小于6～8℃时，28d龄期内混凝土表面必须进行表面保护。

2.2.4养护混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。一般在浇注完毕后12～18h内立即开始养护，连续养护时间不少于28d或设计龄期。

2.2.5通水冷却若是在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。为了削减内外温差，还应在夏末秋初进行中期通水冷却，中期通水一般采用河水，通水历时两个月左右。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案。

3结束语

水工混凝土温控防裂措施研究 篇3

摘要：本文通过水工混凝土的特点，说明水工混凝土裂缝的类型、产生原因及危害，从材料方面，结构方面，施工方面，综合管理方面提出混凝土温度防裂措施。

关键词：水工混凝土 温控防裂措施 研究

1 水工混凝土的特点

无论何种混凝土坝型，就其尺寸和体积来说，都是大体积混凝土。大体积混凝土由于水泥水化过程中产生的大量水化热不易散发，浇筑后初期，混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形。此时的混凝土弹性模量还很小，因而在升温过程中由于基础约束馄凝土膨胀变形而产生的压应力很小。但随着混凝土龄期的增长，水化作用逐渐减弱，水化热逐渐减少，同时混凝土的强度和弹性模量逐渐增大。而此时混凝土的温度逐渐降低，混凝土发生收缩变形时又受到基础的约束，收缩变形就会产生相当大的拉应力。在分析计算混凝土块体温度应力时，由于升温阶段的压力很小，往往可以忽略不计。因此大体积混凝土一方面后期降温的拉应力很大，另一方面混凝土是抗拉强度仅为抗压强度一的脆性不均匀体，因而抵抗温度拉应力的能力很低。当拉应力或拉伸应变超过混凝土抗拉强度或极限拉伸值时就会产生温度裂缝。

2 裂缝的类型、产生原因及危害

混凝土坝发生裂缝的主要原因，是温度和湿度的变化、混凝土本身的脆性和不均匀性、以及分缝分块不恰当和结构形式不合理等等。此外原材料不合格、模版变形和基础不均匀沉陷，也会引起裂缝。不过混凝土最常见的裂缝，主要还是温度裂缝。混凝土坝的温度裂缝，按其发生的部位和深度，原因即性质主要分为以下几种。

2.1 表面裂缝 表面裂缝是大体积混凝土最常见的裂缝，分为竖向活水平向，即位于浇筑面顶层或水平施工缝上，其长度或深度一般较小，为贯穿整个仓面或浇筑层。表面裂缝多发生在大坝施工过程中，多为气温骤降作用引起，以混凝土龄期最容易出现。表面裂缝危害一般较小，但也视发生的部位和坝体内温度状态而定。如果位于基础约束区及上游面等敏感部位，且坝体内温度较高，需作适当处理，以防止其继续发展和恶化成为基础贯穿或深层裂缝。

2.2 基础贯穿裂缝 基础贯穿裂缝发生于坝块基础部位，裂缝宽度较大，深度穿过一个甚至几个浇筑层。这类裂缝一般发生于坝块后期的整个降温过程中，或长间歇的基础约束区混凝土受气温骤降及内部降温的联合作用引起。裂缝宽度为上大下小。基础贯穿裂缝危害性最大，影响坝体的整体性与安全。因为这种裂缝一旦发生在坝体的横断面上，就会把坝体分割成独立的块体，坝的整体性即遭到破坏，使坝体应力将发生变化并重新分布，特别是反应在上游坝踵处，将出现较大的拉应力，影响坝的稳定，直接危害坝的安全。如果这种缝发生在坝的纵断面上，当其与迎水面相通时，还会引起严重的漏水。因此，防止基础贯穿裂缝是大体积混凝土温控的主要目标。坝体一旦发生此类裂缝，必须查清原因，认真处理，消除影响并防止其继续发展。

2.3 深层裂缝 它仅限于坝块表层，但其深度及长度较大，贯穿了整个仓面及浇筑层。由于其位于坝块表层，又是从表面开裂发展而成，也叫做表面深层裂缝。此类裂缝发生于大坝施工过程中，多为长时间间歇顶面受气温骤降作用，或长期暴露受内外温差和气温骤降联合作用引起此外，还可由浇筑层底部不平整成台阶状引起。这种裂缝施工现场中比较常见，要根据发生的部位和裂缝危害性，坝体内温度状态和边界条件，作妥善处理，防止其继续发展形成基础贯穿裂缝。

2.4 网状裂缝 网状裂缝一般发生在混凝土块体的暴露面，裂缝的形态与分布很不规则，且深度极浅，主要由于浇筑后养护不善造成，尤其是高标号混凝土早期更容易出现这类裂缝。网状裂缝主要由于块体表面混凝土干缩引起，本身危害不大，但当混凝土干缩与降温收缩相叠加时，就会产生危害性较大的裂缝[1]。

3 混凝土温度控制及防裂措施

3.1 材料方面

3.1.1 提高混凝土抗裂能力

混凝土配合比设计和混凝土施工应保证混凝土设计所必需的极限拉伸值或抗拉强度、施工均制性指标和强度保证率，有条件时还要优先选用热膨胀系数较低的砂石料。由于温控防裂设计的安全储备远小于结构设计，而且实际施工中混凝土施工均制性有时较差，所以在施工过程中，除满足前述设计要求的混凝土抗裂能力外，还应改进混凝土施工管理和施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。

3.1.2 控制混凝土水化热 控制混凝土水泥水化热主要通过采用发热量低的中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，选择较优骨料级配和掺粉煤灰、外加剂，以减少水泥用量和延缓水化热发散速率等措施。

3.1.3 控制混凝土自身体积变形 采用微膨胀混凝土能补偿部分混凝土温降引起的收缩变形，与此相反，混凝土自身体积变形为收缩者将增大混凝土出现裂缝的可能性。目前控制混凝土自身体积变形使其具有一定膨胀性，主要可以采用以下措施低热微膨胀水泥混凝土[2]。

3.2 结构方面

3.2.1 选择合理的结构型式 实践经验证明，现有的混凝土结构裂缝，绝大多数与温度应力有关，结构型式选择恰当，就可能减少温度应力，从而减少裂缝。在寒冷地区修建薄拱坝和支墩坝，由于厚度较小，受外界气温的影响较大，容易产生温度裂缝，对于防止裂缝是不利的。

3.2.2 适当分缝分块 根据坝址气候条件、坝体结构特点、施工机械及施工温控水平，并考虑温控措施合理配套，对大坝进行合理分缝分块，在混凝土结构内设置一系列纵横缝。根据目前己有的经验，横缝间距以巧为宜。纵缝是平行于坝轴线的接缝，有直缝、斜缝和错缝等几种型式。实际经验表明，错缝在坝体降温过程中容易被拉开，一般不宜采用。

3.2.3 配置钢筋 大体积混凝土的裂缝，主要由温度应力和干缩应力产生。由于钢筋不会干缩，钢筋的存在会阻止混凝土的干缩变形，使混凝土内干缩应力增加，所以不能用钢筋来防止干缩裂缝。在坝块常温和允许应力范围内，当混凝土达到极限变形时，混凝土内钢筋的应力仅约为。因此要配置大量的钢筋方可防止温度裂缝，这在经济上显然是不能接受的，但配筋确实是可以限裂的。例如在预计要长期暴露的混凝土层面或过水度汛的混凝土面，在其表面配置适当数量的钢筋网，可以防止贯穿性或深层裂缝的产生。也有一些混凝土坝为加强上游面的抗裂能力，在上游面设置钢筋网[3]。

3.3 施工方面

3.3.1 合理安排混凝土施工程序和施工进度 合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝，减少表面裂缝的主要措施之一。施工程序和施工进度安排，应满足如下几点要求基础约束区混凝土在设计规定的间歇期内连续均匀上升不应出现薄层长间歇。基础强约束区混凝土应在低温季节浇筑施工。其余部分基本做到短间歇连续均匀上升。相邻块、相邻坝段高差符合规范允许高差要求。

3.3.2 控制坝体最高温度 应采取必要温控措施，使坝体实际出现的最高温度不超过坝体设计允许最高温度。控制坝体实际最高温度的有效措施是降低混凝土浇筑温度、控制混凝土水泥水化热温升。

3.4 综合管理方面 温控防裂工作是一项复杂的系统工程，除了从配合比设计、拌和、浇筑、冷却通水、养护外露面保温几个环节做好工作外，合理安排仓位、科学配置资源、加快入仓速度及加强仓面保护等对混凝土温控也有重要作用。

参考文献：

[1]赵代深.混凝土重力坝的温度应力[J].土木工程学报.1993年8月.

[2]李承木.约束混凝土的温度防裂性试验研究[J].四川水力发电.1993年8月.

对混凝土坝温控防裂的研究应用 篇4

关键词：混凝土坝,温控防裂

一、目前混凝土坝开裂问题的国外研究

目前在发达国家, 大型的水利工程的建设已经很少见, 水泥大坝已经不再是他们的重点发展方向。然而, 拱坝、重力坝、碾压水泥大坝, 这几种高水泥大坝等常用坝型, 以及胶凝砾石坝是我们引进的外来的技术。但是这些引进技术在我国的应用出现了开裂问题, 这个问题涉及到固体力学、混凝土力学、岩石力学、土力学的动静力本构关系和数值计算方法。这个问题在欧美国家也是一个技术性难题, 但是由于他们的建设重点转移, 所以在国外的大坝开裂问题也一直没有得到有效解决。

二、目前我们国家对混凝土坝防裂的现状

目前在应用基础的理论研究方面, 大体积的全级配大坝水泥强度试验取得了一定成果, 但是由于成本过高, 设备条件有限, 实验件个数少、材料不均匀性大、成果离散性大等因素, 目前尚难建立新的实用本构关系。在我国, 有相当长一段时期, 水泥大坝的开裂问题是十分严重的, 混凝土坝防裂的现状:我国在高拱坝的建设方面已步入世界前列。但是目前建成水泥大坝开裂问题还没有达到有效的解决, 已经建成运行的项目, 都是采取后期边运行边维修和养护的方法, 但是都没有有效解决开裂问题。

三、对混凝土坝温控防裂的研究应用

在我国, 2000年以前的一段时期, 水利工程中水泥大坝会经常出现裂缝, 裂缝的问题除了用后期边运行边维护的方法外, 没有别的方法解决。会出现这个大坝裂缝的问题原因是多方面的, 在环境、材料、设计、施工等环节, 如果那个环节掌握不好, 都会出现问题, 但是在这其中我们发现, 工程进行的前期往往不注重维护, 而是在运行期进行维护这个是一个出现开裂的主要原因。说白了就是在不同环境和季节、不同时期温度控制的问题。如果采取长期的温度控制和保温措施, 结束无坝不裂的历史的是能够做到的。在长期的实践和实验研究中, 我们发现的这个理论技术和研究成果是在水泥大坝防裂应用研究的一项重大进步和贡献。尤其是在超朔化剂和fly ash在大坝运用方面, 能够使大坝在水泥的绝热温升已有所降低, 同时采用氧化镁含量为百分之三点五到百分之五热硅酸盐水泥等手段, 使大坝的水泥的本身体积变形为自身膨胀变形, 用来弥补温度的降低所以引起的收缩变形, 从而提高抗裂性能。还有在大坝的水泥中掺steel fibre与水泥面板掺成这个合成水泥纤维, 均可提高水泥抗裂性。在提出考虑因素中、物理意义明确的水泥材料抗裂指数。在信息化施工管理和大型平仓振捣机等设备的运用上大大提高了水泥施工质量, 同时在水管冷却等技术成熟的前提下, 温度保持和控制已经能够达到规范要求。为了防止大坝出现基础贯穿裂缝出现, 在温度控制上的一个新措施是, 在水泥大坝表面采用外贴保温板和喷涂泡沫保温材料的方法进行坝面的温度保持。这个技术已经应用于三峡工程、汾河二库工程、石门子工程和龙首碾压水泥拱坝等工程。在三峡三期工程中在基础的上游和下游的表面采取3米到5米的厚Polystyrene板做长期保护, 并采取严格措施实施温度控制, 水泥浇筑了达到500万立方米, 目前看还没有开裂现象出现。就这个问题研究成果与技术实践证明了, 长期性的温度控制措施在大坝无论是施工期还是运行期都是必要的。永久保温板材和保温防渗漏板材已经有所研制和生产。另外的一个新的水泥开裂预防措施, 是利用专有的微膨胀混凝土的膨胀特性, 抵消混凝土温度收缩带来的拉应力, 起到防止水泥裂缝的作用, 减少温度控制手段, 同时还起到加速施工的作用。

近年来在国内已经有多做水利工程主体应用里温度控制技术, 前期一些工程是在主体运用, 后期已经出现总体运用温控技术的现象。由于水利工程是关系到国家长远发展和百姓民生的大型工程, 在我国的寒冷地区还不能全面推广。在目前对于氧化镁的应用量化上还不能确定的情况下, 全面推广这项技术需要慎重。实现从无坝不裂到无裂缝坝的构想。研究表明拱坝设计中采用的设计能力、设计条件、基岩地质构造及材料特性与实际状况存在差别, 抗裂安全系数取值较低, 对碾压水泥温控的认识还有偏差, 这些都是水泥拱坝竣工后出现各种事故的根本因素。

四、对混凝土坝温控防裂发展的几点意见和建议

水工混凝土防裂研究 篇5

南河特大桥位于太原～澳门国道主干线山西省晋城至河南济源段,是跨越南河谷地的一座特大桥梁。主桥桥式为(40m+120m+180m×3+100m)六跨一联预应力混凝土连续刚构+连续梁的结构形式,桥长800m。主梁:梁体采用斜腹板的预应力混凝土箱梁,箱梁为单箱单室断面。箱梁顶面横坡与线路横坡一致,为双向2%横坡;箱梁底面水平。箱梁顶板宽为24.5m,底板宽度由8.656m,悬臂长6m。基础为钻孔桩基础,采用钢筋混凝土围堰,其承台为C40混凝土结构,构造尺寸宽×长×高为17.8m×12.2m×5m,该承台属于大体积混凝土,施工中混凝土产生的水化热对温差裂缝的影响不容忽视。

2 大体积承台混凝土施工防裂措施

2.1 混凝土的原料控制

1)水泥。选用P.O42.5低碱水泥,经检测其游离CaO的含量为0.86%;碱含量为0.59%;氯离子含量为0.014%;各项性能指标基本稳定,均满足规范要求,其掺量误差应控制在±1%内。

2)粗集料。采用0 mm～5mm掺量20%及5mm～20mm掺量80%的二级级配碎石,含泥量<1%,针、片状碎石含量<10%(重量比),泥块含量<0.25%,氯离子含量<0.02%。各项性能指标均满足规范要求,掺量误差应控制在±2%。

3)细集料。采用II区中砂,细度模数2.3～3.0,含泥量<2.5%,泥块含量<0.5%,云母含量≤0.5%,轻物质含量≤0.5%,氯离子含量<0.02%。各项性能指标均满足规范要求,掺量误差应控制在±2%内。

4)粉煤灰、矿物掺合料。为改善混凝土的和易性,降低混凝土的水化热,采用II级粉煤灰。粉煤灰的掺量≤30%,细度为8.7%,氯离子含量<0.02%,游离CaO的含量≤0.86%,SO3的含量≤3%。各项性能指标均满足规范要求,掺量误差应控制在±1%内。

5)水。混凝土拌合用水采用黄河滩地的深井地下水,经检测其各项指标满足要求。

6)外加剂。采用缓凝型聚羧酸高性能减水剂(JFL-2H),其具有减水、早强、缓凝、引气、塌落度损失小、容易控制掺量、容易拌合均匀等性能,并且与水泥之间具有良好的相容性。经试配,各项性能指标符合要求,掺量误差应控制在±1%内。

2.2 大体积混凝土配合比的选定

南河特大桥承台高强度大体积混凝土配合比设计,除应满足混凝土的强度等级、因水化热引起的温升指标及工艺性能要求外,还应考虑耐久性的要求。必须考虑控制混凝土产生温度裂缝的技术措施。

综合考虑混凝土强度、水泥强度等级、水化热及混凝土收缩、混凝土结构环境等因素,在满足混凝土搅拌、运输、浇注、振捣等工艺要求的前提下,尽可能降低混凝土的塌落度、含沙量等指标。适当使用粉煤灰、矿粉,以减少水泥用量。

按照上述要求,做了大量的试配合交叉试验,确定了承台所采用的C40混凝土配合比为1∶1.91∶2.33,水灰比为0.41,外加剂为2%。

2.3 承台混凝土的降温措施

2.3.1 混凝土浇筑温度及内外温差

大体积混凝土的浇注应合理分段、分层进行,使混凝土沿高度均匀上升,浇注应在室外温度较低时进行,混凝土浇注温度不宜超过28℃。所谓浇注温度是指混凝土振捣后,在混凝土50mm～100mm深处的温度。同时规范要求混凝土的表面和内部温差应控制在设计要求的范围内;当设计无具体要求时温差不宜超过25℃,个别可放宽到30℃。本承台浇注施工时严格控制浇注温度和内外温差,以防止温度应力产生的温度裂缝。

2.3.2 冷却管的埋设及通水冷却

在承台中布设4层冷却水管,共设4个进水孔和4个出水孔,埋人混凝土的冷却水管采用内径50mm黑铁管,安装时需注意管道畅通,丝口接头可靠,并通过试通水检验,防止混凝土浇注过程中出现管道露水现象;设置冷却管的该层混凝土自浇注开始,冷却管内须立即通入冷水,连续通水10d～12d,每个出水口流量10L/min～20 L/min,为增加冷却效果,应取用未经日光暴晒的自来水或流动的下层江水;冷却水箱置于承台以上10m高度,保证水压力不低于1个大气压。通水过程中对管道流量,进出水温度及混凝土内部温度均需隔1 h～2h进行一次测量记录。冷却管具体位置如图1。在混凝土浇注过程中即进行冷却水循环,降低混凝土水化热峰值,并将构件内部产生的部分热量随时带走,降低构件的内外温差。冷却循环水持续20d,以保证将构件内部产生的大部分水化热散出界外。从而最大程度地避免温差裂缝的产生。

2.4 承台混凝土的防裂施工现场控制

本桥单墩承台混凝土为1085.8m3,属于大体积混凝土浇注,为避免增加一道大面积的施工缝,通过对一次浇筑造成的后果进行计算分析,实施一次浇筑,承台平面顶部钢筋网片预留8个下料点,在泵管前接6m软管,人工牵引泵管至下料点串筒内,始终使混凝土自由下落高度不超过2m,严格控制振捣时间,由专职振捣组振捣,振捣棒快插慢拔,不欠振、不过振,施工中做好测温工作,测试混凝土内部及表面温度,掌握混凝土的温度以及内外温差,在进出水管各安装一个温度计,专人量测气温及水温,当温差大于20℃时采用降低进水温度,加快流速减小温差。第一层浇注时,从模板的一侧推进,以将承台内的积水排除。施工过程中若发现存水现象可采用人工掏舀清除,必要时可将配节模板开洞泄水。施工完后顶面收光墩柱施工部位内在混凝土初凝后凿毛。

3 大体积混凝土温度监控标准

1)混凝土内部最高温度不超过65℃。

2)混凝土中心温度和表面温度、混凝土表面温度与环境温度之间的差值,承台小于20℃,墩身小于15℃。

3)承台混凝土降温速率控制在2℃/d～3℃/d。

4)根据实时监测的温度资料,及时调整冷却水流量,控制进水温度和出水温度之差在10℃左右,若加大水流量后仍然超过10℃,则间隔调整入水、出水方向。

3.1 温度监测及结果分析

在浇注和养护期间对混凝土内表温度实施全天24 h的连续监测,测试问隔为每1 h～2 h,监测期从混凝土浇捣时起至中心温度进入安全期结束,持续两周左右,共得到测温数据8000多个,基本能够准确、实时的反应施工过程中整个基础温度场变化的情况。具体结果见图2。

1)温度变化由急剧的升温和缓慢的降温两个阶段组成,降温速率远低于升温速率,温度在一周后逐步趋于稳定发展;

2)升温阶段在浇注2d～3d后达到峰值,中心区域最高温度可达50℃左右,表面最高温度比中心低5℃～15℃,底层温度峰值最低;

3)表层混凝土和大气直接接触,温度波动较大,中心区域温度基本不受外界气温影响。当混凝土中心温度下降至安全期时即:混凝土中心温度小于日平均气温、气表梯度、控制温差(其中气表梯度为大气温度和混凝土表层温度的梯度,与空气湿度成反比,一般为5℃～10℃,控制温差为25℃),可以撤销养护并结束监测。

4 结语

连续刚构承台属于大体积混凝土工程,整个施工过程时间较长,受到交通、水运、汛期等因素的影响。本构件工程顺利完工,为以后进行大体积、长距离运输的施工积累了一定的经验。对今后在大体积混凝土施工中,合理的优化施工配合比,确保到达施工现场的混凝土质量提供了很好的技术参数,通过拆模后对混凝土外观质量进行鉴定,线型基本顺直、颜色均匀,大面平整,属合格工程,为今后更加合理地安排组织施工,优化施工工艺及方案提供了很好地借鉴,确保全标段创优规划地实现。总之,要提高大体积混凝土的施工技术质量,控制承台大体积混凝土的温度,防止裂缝的产生需与设计、监理、施工、材料供应等方面配合而行。

摘要：连续刚构桥大体积混凝土承台浇注是桥梁施工的关键工序之一。大体积混凝土承台裂缝控制措施好坏直接影响到桥梁质量及后期工作。针对实际工程南河特大桥承台的防裂控制、施工工艺等问题进行了研究,得出了一些具有工程应用价值的有效方法。

关键词：大体积混凝土,承台,防裂技术,施工工艺

参考文献

[1]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海:上海科学技术出版社,1990.

[2]叶琳昌,沈义.大体积混凝土施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1987.

[3]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1998.

[4]戴烽滔.大体积混凝土结构裂缝的分析与对策[J].四川建筑科学研究,2007(1):87-89.