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水利水电工程大体积混凝土裂缝产生原因及防裂技术

浅析水利水电工程大体积混凝土裂缝产生的原因及防裂技 术 【摘要】改革开放以来,随着我国经济的发展,国家加大了对 基础建设的投入,特别是对水利水电工程建设的投入。水利水电工 程关系到社会的稳定,人民生命财产的安全,成为是我国基础建设 的一个重要的组成部分。在水利水电工程中大体积混凝土的应用非 常广泛,大体积混凝土裂缝控制是施工的一个技术难题,大体积混 凝土结构的施工技术与措施影响到结构的整体性和耐久性,直接关 系到混凝土结构的使用功能,若不能很好地了解大体积混凝土结构 开裂的原因以及掌握应对此类问题的相关施工措施,那么在实际生 产中就很难保证施工质量。本文通过对随州市先觉庙水库溢洪道控 制段混凝土底板的浇筑施工,探讨裂缝产生的原因及如何从原材料 选择、 混凝土配合比设计、 施工及养护措施多方面对裂缝进行防治。 【关键词】水利水电工程;大体积混凝土;裂缝;原因;防治 中图分类号:tv 文献标识码:a 文章编号: 一、工程概况 随州市先觉庙水库属于大(2)型水库,溢洪道拆除扩建工程扩建 后的溢洪道控制段长 45m,宽 12m,分为三孔,每孔底板尺寸为 15m 长,12m 宽,厚度为 2m,采用 c30 混凝土浇筑,单个底板混凝土方 量达 360m3,属于大体积混凝土施工。 二、大体积混凝土裂缝产生的原因 大体积混凝土裂缝产生的原因有多种,主要有温度、湿度的变化, 混凝土的不均匀性和脆性,还有结构形式等等。 混凝土硬化期间,水泥的水化热很大,由于混凝土体积庞大,积 聚在其内部的水化热不易散发,导致混凝土的内部温度上升很快, 此时在表面引起拉应力,也称为温度应力。随着水化热散发基本结 束,温度又会慢慢降低,又会在内部出现拉应力。还有,外部气温 的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。所有这些温度应力共 同作用,当超出混凝土的抗裂能力时,就会出现裂缝。温度应力根 据形成过程可分为: 1)初期应力:从混凝土浇筑开始到水化热基本结束,约 1 个月左 右。这个时候的特征是水泥放出大量的水化热和混凝上弹性模量的 急剧变化。弹性模量的变化,造成混凝土在内部形成残余应力。 2)中期应力:从水化热散发基本结束到混凝土降低到温度稳定, 这个时侯的温度应力主要是因为混凝土的降低及外界气温变化所 引起,此时混凝上的弹性模量变化不大,这些应力与初期应力相叠 加。 3)后期应力:混凝土温度稳定之后的时段,这个时候的温度应力 主要是周围环境气温变化所引起,与前两种的残余应力相叠加。另 外,温度应力根据引起的原因可分为: 1)结构边界上没有任何约束或完全静止,内部温度如果是非线性 分布的,由结构本身互相约束作用而产生的温度应力。如结构尺寸 较大的混凝土方块,冷却时混凝土表面温度低,内部温度高,就会 在表面出现拉应力,在中间出现压应力。 2)全部或局部边界受到外界的约束的结构,不能自由变形而引起 的应力,如方块的榫槽。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引 起的应力共同作用。 混凝土的表面湿度变化较大或发生剧烈变化,但内部湿度变化很 小或变化较慢,如果时湿时干、养护不周,表面干缩变形受到内部 混凝土的约束作用,也可能出现裂缝。 由于原材料质量、级配不均匀,水灰比不能很好的控制,以及混 凝土运输和浇筑过程中的离析等原因,在同一块混凝土中其抗拉强 度也会是不一致的,必会存在着许多薄弱部位,其抗拉能力很低, 易于出现裂缝。 混凝土是一种多孔胶凝人造石材,属脆性材料,其最大特点是抗 压强度高、抗拉强度低,抗拉强度是抗压强度的 1/10 左右,短期 加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0)×104, 长期加荷时的极 限位伸变形也只有(1.2~2.0)×104。 对于大体积混凝土,其裂缝的形成与其结构尺寸也相关,在一定 尺寸范围内,混凝土结构尺寸越大,温度应力也越大,厚薄不均, 还会产生约束应力, 因此引起裂缝的危险性也越大。 在实际施工中, 因混凝土收缩和温度变化引起的裂缝是最常见的。 三、大体积混凝土裂缝防治的主要施工技术 为了防止裂缝,可以从控制混凝土温度、改善约束条件、改进施 工工艺和加强后期养护等几个方面着手。 1.控制混凝土温度 首先要减少混凝土自身的发热量。本工程采取了如下措施: 1) 选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥, 经过实验室配合比设计优化, 矿渣硅酸盐水泥用量为 330kg/m3。 水泥在水化过程中释放了大量的 热量,对于底部结构工程中的大体积混凝土,选择的水泥品种应该 是低热或者中热的,而水泥释放温度的速度及大小取决于水泥的矿 物成分,在大体积混凝土施工中,应尽量使用矿渣硅酸盐水泥或者 火山灰水泥。 2) 对施工现场堆在露天的骨料进行覆盖, 以减少阳光对其的辐射, 同时对浇筑前的骨料抽取水库深层水喷洒,降低骨料的入仓温度 (现场有条件的可在混凝土拌合时加入冰块,效果会更好) 。 3)水泥用量越大,产生的水化热越多,因此在不影响混凝土强度 的前提下,要尽量减少水泥用量。利用粉煤灰作混凝土的掺合料是 本工程采取的最有效的方法之一,粉煤灰使混凝土水化热在一定程 度上延缓释放,对大体积混凝土的温度控制较为有效,同时它促进 了混凝土的后期强度,还增加了混凝土的和易性,给施工带来了方 便。另外在骨料的选择上,选取了强度高、粒径大、级配好的骨料, 这样可以获得较小的表面积及空隙率,达到减少水泥用量的目的, 降低水化热, 减小混凝土裂缝的延伸。 还有一种措施就是采用了 ufa 膨胀剂,它可以等量替换水泥,不仅能够保证混凝土的密实度,更 能够使混凝土内部产生压应力,来抵消混凝土中产生的部分拉应 力。 4)掺加缓凝型减水剂,它的作用是使水化热的释放时间得到有效 延缓,减少混凝土内部水化热峰值从而减小温度应力,避免冷接缝 出现的可能。 其次要加快混凝土热量的散发。本工程采用了两种方法: 1)薄层浇筑法,50cm 一层,平铺法,连续推进,尽量控制好上下 两层铺料的间隔时间,以下层料未初凝前铺筑上一层为宜,以防止 出现施工冷缝。 2)铺设冷却水管法

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