水工混凝土防裂研究

水工混凝土防裂研究（通用8篇）

水工混凝土防裂研究 篇1

在进行建筑物的构造过程中, 随着社会不断的向着现代化的方向发展, 越来越多的超长以及双向的超长建筑结构应用在实际的施工过程中, 工程项目就必须多准备3~15个左右的后浇带, 如果仍然使用传统的施工工艺, 通常需要40~60 d左右才可以完成后浇带的封填工作, 为了弥补了传统的施工技术的不足, 防止严重拖延了建筑施工工期, 加快施工进度, 确保建筑物结构的各项性能达到相关的要求。所以在施工过程中引进了超长钢筋混凝土结构, 除此之外, 最好进行无缝设计, 以达到确保建筑企业的经济利益得到最大化, 有效的缩短施工周期的目的。

1 实例概况

某水工结构工程的基础长度182.6 m, 宽度55.3 m。在设计后浇带的时候, 主要采取了三横两纵式, 把整个建筑结构的平面划分为10段, 将后浇带的宽度控制在800 mm。计划采取大底盘多搭结构的方法进行建筑物的建设以确保建筑功能满足使用者以及业主的需求, 并且要将地下室建设连接为一体。在地下室外墙的施工过程中, 为了确保混凝土的浇筑、振捣以及维护工作能够顺利进行需要在混凝土中添加微膨胀剂以及抗裂纤维, 并且在具体的施工作业中进行规范操作, 合理使用混凝土施工工艺。在进行地下室的建设过程中, 要求混凝土的强度等级达到C40, 混凝土的抗渗等级达到0.8 MPa, 在选择基础的时候, 需要利用钻孔灌注桩以及承台筏板。要求地下室使用的全部混凝土都需要添加微膨胀剂, 添加量应该按照试验的具体结果进行确定, 并且将其限制膨胀率控制在0.03%的范围之上。在建设后浇带的过程中使用的混凝土强度等级达到C45, 并且将融合限制膨胀率严格的控制在0.04%的范围之上,

2 后浇带的布置

防止温差过大或者是建筑主体出现一定程度的沉降而导致的不良伸缩以及沉降现象就必须要设置后浇带, 来避免这些状况对建筑物本身的性能造成不良影响。通常来说, 在进行后浇带的布置过程中, 一般没有必要切断钢筋, 对后浇带左右两面的混凝土, 在浇筑完成2个月后, 要对其实施凿毛处理, 在彻底清理干净后, 使用高级混凝土进行浇灌, 同时要进行振捣密实以及维护。25~45 m范围内安设1道, 其宽度在700~900 mm范围内, 还要通过一些手段对钢筋强度进行加固。在进行模板的支设时, 对于后浇带来说, 需要利用具有较高独立性能的支模方式进行支设, 在对其他部位进行拆模的过程中, 为确保混凝土的成型质量能够达到施工要求应该合理的控制模板, 要提高模板的使用率。在现场浇筑钢筋混凝土之后, 如果跨度范围不是很大, 通常会使用后浇带, 除此之外, 还需要对钢筋进行一定程度的加强处理。要求后浇带的宽度在850°以上, 并且将其控制在柱和墙之间的1/3处, 如果箱形和筏板的长度都大于40 m, 就需要在每隔20~30m的距离位置处设置一道后浇带。除此之外, 要将模板的实际情况作为主要的施工依据, 确保模板支撑系统具有良好的稳定性。为了确保混凝土在进行振捣的时候保持正常, 在挡板之间要进行钢管的安置以便于更好的支撑。对框架梁位置施工缝的处理, 最好在刚开始浇筑混凝土的时候通过挡板进行封堵, 如果在挡板和梁模板之间出现了裂缝, 一定要及时的使用胶带等工具进行严密的封堵, 通过这样的方式可以避免裂缝在进行混凝土的振捣时加大。为了加强挡板强度要使挡板支设和绑扎钢筋的工作同时进行, 挡板能通过木方拼接形成, 在背部进行木方横肋的设计。对于现浇板部位出现的裂缝, 根据上下层板筋之间的距离, 在挡板上锯出一个跟钢筋的直径保持一致, 大小适中的豁口, 还应该选择由多层胶合板所制造的挡板进行封堵。

3 钢筋处理

钢筋在整个建筑结构当中, 是最主要的构成部分, 为避免在支设模板以及浇筑混凝土的时候出现钢筋偏移的现象, 从而对整个建筑结构的性能造成不良影响。在实际的施工操作过程中, 一定要严格的按照设计图纸进行钢筋的绑扎工作。关于断开钢筋, 对其位置要注意针对后浇带进行有效维护, 可以有效的调节接头所处的具体位置。另外, 关于钢筋的绑扎要避免出现错绑以及漏绑情况, 否则会使结构出现损坏, 还要关注钢筋保护层。在进行钢筋的焊接处理之前, 一定要保证后浇带的时间控制已经满足了施工要求。在完成该层混凝土的工作之后, 在确保主筋跟后浇带保持垂直的前提下, 可以在3 d内把主筋切断。我们可以通过常规施工措施完成配筋工作, 确保其能够顺利穿过后浇带, 并且提高施工效率。

4 施工缝的处理

在30 d之后, 应该开始楼板混凝土的浇筑工作, 首先需要拆除多余的现浇板以及梁底板等, 一定要避免现浇板出现变形的现象, 但是注意不能把必须留下的梁底板拆除掉, 完成之后, 还应该将后浇带的板底进行保存, 在进行浇筑混凝土后浇带之前, 为了防止对后浇带边缘部位或者是杂物带来的异常损害, 一定要做好准备工作, 要通过木板等实施铺盖处理。当后浇带混凝土的浇筑可以进行时, 通过一定的手段来确保浇带位置的混凝土和施工缝左右两边在标高方面相同, 对后浇带位置的模板一定要进行严格的测试。发现施工缝时, 要尽快解决, 只有在把施工缝位置上所有的水泥浆以及水锈等物质全部清理干净之后, 才能保证钢筋的性能满足施工以及使用要求。主要通过铁钻子将施工缝位置余下的混凝土以及木方彻底清理掉, 然后将其改成垂直缝。首先需要将施工缝清理干净, 才可以开始在后浇带进行混凝土的浇筑工作, 在清理施工缝的时候应该特别注意底模位置当中存在杂物, 还要重点清理水泥浆, 然后开始凿毛处理, 在还没有开始浇筑之前, 需要利用水泥浆进行涂刷, 要求在完成清理工作之后采取必要的湿润措施。

5 后浇带内混凝土的级配及浇筑方法

刚开始施工的时候, 要对有关材料的性能以及质量进行检测, 具体有:水泥和砂以及石等, 这样有利于对混凝土配合比的确定能尽早实现。在进行机械振捣过程中要遵照相关的秩序, 为防止引起原混凝土发生振裂, 在离缝边90 mm的地方要停止继续振捣, 再通过人工捣实措施促使施工缝接缝位置的结合更加有效。除此之外, 在确定施工标准时, 可以选择高强度的膨胀混凝土来完成浇筑工作, 这就首先要进行混凝土配合比的确定。在施工作业的时候通常都会在现场进行混凝土的搅拌工作, 因为在对后浇带位置的混凝土进行浇筑时都不能大面积进行。在搅拌混凝土的过程中, 一定要严格控制材料的使用量, 提高混凝土搅拌的均匀程度, 避免膨胀出现程度不一的现象, 给混凝土的质量以及性能等造成不良的影响。在进行混凝土的浇筑工作时还应该严格的按照工程施工的要求, 对养护空间进行合理的设计和安排, 确保后浇带部位混凝土的强度能够达到施工要求。通常情况下, 在掺人了微膨胀剂之后, 可以适当的延长混凝土的搅拌时间。

6 后浇带的养护方法

为了提高混凝土的使用性能, 延长混凝土的使用寿命, 在完成混凝土的浇筑工作之后, 一定要做好后期的维护工作。通常可以在混凝土上铺设覆盖层, 要求养护时间在7 d以上, 进行受损保水养护工作, 在后浇带混凝土的强度达到了100%之后才可以将模板拆除, 并且在后浇带的周围设置栏杆。

7 结语

通过设置后浇带能够有效的实现大空间结构, 并且避免了沉降以及伸缩缝等问题的出现, 特别是当前形势下超长结构建筑不断的增多, 就应该严格按照设计图纸以及相关的施工标准进行施工, 引进先进的施工工艺, 争取将建筑物的最佳使用效果发挥出来, 以确保建筑物能够有较好的使用性能。到目前为止, 该项目工程已经封顶两年, 已经初步达到了预期的建设效果, 但是在地下室的墙板部位出现了几个渗漏的地方, 在经过修补之后已经不再渗漏。

摘要：结合某水工混凝土结构防裂设计与施工的实例分析探讨了微膨胀混凝土后浇带防裂技术的应用方法。为今后类似工程提供参考资料。

关键词：微膨胀混凝土,防裂,后浇带,水工结构

参考文献

[1]王冲.微膨胀混凝土在工程中的应用[J].科学与财富, 2013 (5) :350.

[2]吴志刚, 张翔, 宋春香.防渗微膨胀混凝土性能的试验研究[J].新型建筑材料, 2012 (12) :55-57.

水工混凝土防裂研究 篇2

论文上传：tracy116 留言 论文作者：龚爱民 您是本文第 1232 位读者

摘要：本文分析了大体积混凝土产生裂缝的原因；概括介绍了防止裂缝发生的措施，可在工程实践中参考应用。

关键词：大体积混凝土 裂缝 防裂措施 前言

近年来，随着国民经济和建筑技术的发展，建筑规模不断扩大，大型现代化技术设施或构筑物不断增多，而混凝土结构以其材料廉价物美、施工方便、承载力大、可装饰强的特点，日益受到人们的欢迎，于是大体积混凝土逐渐成为构成大型设施或构筑物主体的重要组成部分。所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土，美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。这就提出了大体积混凝土开裂的问题，开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题，裂缝一旦形成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位，危害极大，它会降低结构的耐久性，削弱构件的承载力，同时会可能危害到建筑物的安全使用。所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂，是一个值得关注的问题。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。

2.1 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。

2.2 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。2.2.1 干燥收缩

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。2.2.2 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。3 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。3.1 优选原材料 3.1.1 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100cm2/g，1d的水化热增加17J/g～21 J/g，7d和20d均增加4 J/g～12 J/g。3.1.2 掺加粉煤灰

为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。

3.1.3 骨料

（1）（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）（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。3.1.4 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）（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）（2）缓凝剂对混凝土开裂的影响

缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。

（3）（3）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%。3.2 采用合理的施工方法 3.2.1 混凝土的拌制

（1）（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）（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。

3.2.2 混凝土浇注、拆模

（1）（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）（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）（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。3.2.3 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。3.2.4 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。3.2.5 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。4 结语

大体积混凝土的开裂是目前学者和工程界关注的一个重要问题，通过以上分析可知，大体积混凝土的材料型裂缝主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的，笔者认为精心选择原材料，并在施工中采用合理的方法，能有效的防止裂缝的发生。[参考文献] [1] 龚召熊：水工混凝土的温控与防裂.北京：中国水利水电出版社，1999 [2] 戴镇潮：大体积混凝土的防裂.混凝土，2001，（9）：10 [3] 覃维祖：混凝土的收缩、开裂及其评价与防治.混凝土，2001，（7）：3 [4] 迟陪云：大体积混凝土开裂的起因及防裂措施.混凝土，2001，（12）：31 [5] 康方中：浅谈现浇商品混凝土楼板变形裂缝的成因和防治.混凝土，2003，（5）：18 [6] 段 峥：现浇大体积混凝土裂缝的成因与防治.混凝土，2003，（5）：48 [7] 尤启俊：外加剂对混凝土收缩抗裂性能的影响.混凝土,2004，（9）：

水工混凝土防裂研究 篇3

1 裂缝形式

水工墩墙混凝土经常出现“上不着顶,下不着底”的裂缝。裂缝通常发生在施工期混凝土的表面,随后向内部扩展。由于墩墙较窄(一般只有1 m左右),裂缝很容易贯穿整个墩墙,形成贯穿性裂缝。由于底板和墩墙混凝土的自身约束,沿截面高度方向,裂缝大多呈中间宽两端窄的“枣核形”。从混凝土表面来看,裂缝底部通常是竖直的,而顶部则向两边倾斜。

底板的温度裂缝与墩墙裂缝类似。底板的沉陷裂缝多属深进或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,有的在上部,有的在下部,一般与地面垂直或呈30°～45°方向发展;较大的贯穿性沉陷裂缝,往往上下或左右有一定的错距,裂缝宽度受温度变形的影响小,因荷载大小而异,且与不均匀沉降值成比例。地基变形稳定后,沉陷裂缝也趋于稳定。底板混凝土沉陷裂缝主要为顺水流方向的裂缝,而表面温度裂缝走向则无一定规律性,常纵横交错。

2 水工墩墙裂缝的成因

墩墙混凝土裂缝的形成原因是复杂的,除结构布置不合理、地基不均匀沉降等因素引发的结构裂缝外,温度变化和干缩,以及自身体积变形也是混凝土墩墙结构裂缝形成的主要原因。裂缝主要有表面裂缝和贯穿裂缝两种。墩墙裂缝的影响因素有:1)基础约束。2)内外温差影响。3)收缩影响。

3 墩墙混凝土裂缝的控制措施

通过对墩墙混凝土裂缝产生原因的分析,就可以有针对性地采取各种措施来控制混凝土的开裂。工程界通常从混凝土材料选取、优化结构布局、温度控制和施工工艺等方面来控制裂缝。

3.1 混凝土材料的选取

混凝土材料的选取是控制因内外温差引起裂缝的主要措施,其首要一条就是要降低水化热,优先选用低热量的水泥。水泥水化热量的大小是导致混凝土温度变化的最主要因素,降低水化热能,控制温差,以减少裂缝的产生。除了选用低热量水泥外,减少水泥用量也可以降低水化热。在混凝土中掺入活性混合料(如粉煤灰),可使混凝土最高温度降低,并能延迟混凝土到达最高温度的时间,有利于热量的散发。

优化骨料级配及混凝土配合比也可有效地减小变温引起的应力。粗骨料在混凝土中占的比例很大,因此,粗骨料的矿物性质很大程度上决定了混凝土的热学性能。优先选用热学性能好的骨料是混凝土温度控制的措施之一,合理选择混凝土原材料,选择线膨胀系数小的骨料,可以有效地控制由温度引起的裂缝。

另外,在混凝土中加入外加剂也是防裂的有效措施。缓凝剂可减慢混凝土散热的速率,延长散热时间,有利于热量消散。减水剂可在水灰比不变时减少水和水泥用量,降低水化热。膨胀剂可以补偿混凝土的自身收缩,产生一定的预压应力,抵消结构由于收缩产生的拉应力。常用的方法是将膨胀剂掺入混凝土中,合理掺用,能够提高混凝土自身的抗裂能力。目前,已经在许多水利工程中得到了应用,并取得了良好的效果。

3.2 优化结构布局

设置合理的分缝和分块通仓浇筑,能够简化浇筑繁琐的后期冷却和接缝灌浆的作业程序,加快工程进度,使工程尽早投入运行,但通仓浇筑增加了浇筑块受基础约束的拉应力区的范围,也增大了浇筑块的尺寸,使其发生表面裂缝的概率增大。另外,通仓浇筑增大了仓面的尺寸,在浇筑过程中更容易出现薄弱面,对混凝土浇筑的平仓振捣要求更高,且由于结构体积较大和设备能力的限制,难以一次浇筑完,所以,需要根据实际情况进行合理的分缝、分块浇筑。

合理地设置贴脚可以防止水工墩墙结构混凝土出现局部的应力集中。另外,贴脚还可起到增加结构抵抗垂直于水流方向的水平水压力的作用,增强整个结构抵抗不平衡力矩的能力,从而减小底板产生顺水流方向的裂缝。当水利工程所在的岩基比较坚硬时,可通过设置基础过渡层来处理由外部约束引起的裂缝。过渡层通常是在底板和基岩之间浇筑1层15 cm～20 cm的薄层,以实现结构的平缓过渡。过渡层材料的力学性能必须要介于软土和基岩的力学特性之间,并且要具备良好的变形性能,可以很好地适应地基的变形,防止底板裂缝的出现。

3.3 温度控制措施

混凝土温度的控制包括控制混凝土的浇筑温度和控制混凝土的温升幅度。要从两个方面着手控制混凝土温度,尽量减少裂缝的产生。温度控制措施如下:

1)混凝土的浇筑温度与外界气温密切相关。

外界的高温势必导致混凝土浇筑温度的升高,高温混凝土能加速胶凝材料的水化反应,而混凝土到达最高温度的时间缩短了,不利于散热。控制浇筑温度首先要控制混凝土的入仓温度,使现场新拌混凝土的温度被限制在6℃左右。高温期拌和时,可在混凝土中加入冰块对其降温,应尽量在春季或秋季温度适宜的季节进行浇筑,尽量不要在炎热的夏季午间或寒冷的冬季浇筑。当必须在夏季施工时,对骨料喷淋冷水也能降低温度,其他方法如风冷骨料也能起到降温作用。风冷法有两种方式:a.封闭拌合料仓,通过通入冷风使骨料降温;b.在皮带机输送骨料时用冷风吹冷骨料。对运送混凝土的工具、泵送管路、搅拌机以及浇筑仓面要采取遮阳或降温措施,以减少外部气温对混凝土温度的影响。

2)控制混凝土的温升幅度。

主要通过水管冷却来控制混凝土的温升幅度,水管冷却可有效地降低混凝土内外温度,减小混凝土的温升幅度,且造价不高,是一种经济有效的温控措施。水管冷却通常应用于大体积混凝土中(如大坝等),在水工墩墙结构中采用得较少,但其降温效果明显且经济,仍不失为一种有效的温控防裂措施。墩墙结构中最容易开裂的部位通常在墩墙底部,所以,冷却水管一般埋设在墩墙的下半部分。虽然水管冷却出现拉应力较大,但可控制在抗拉强度之内。只要能保证混凝土在10 d内不出现裂缝,水管冷却的混凝土一般也不会出现裂缝,且抗裂能力较强。

3.4施工工艺控制

泵送混凝土能大幅度提高混凝土的运输速度,在现代施工中经常采用。由于泵送混凝土水泥用量大、水灰比大、粗骨料粒径小、水化热温升高且易产生温度收缩裂缝,在浇筑墩墙混凝土时,不宜采用泵送混凝土,但在受约束较小的墩墙上部可以采用泵送混凝土来提高生产效率。

缩短底板和墩墙的浇筑间歇时间亦可减少裂缝的产生。其主要作用是缩小底板和墩墙之间弹性模量的差距,减小底板对墩墙的约束;混凝土的体积变形持续时间较长,缩短底板和墩墙的浇筑时间能使底板和墩墙的体积变形趋于一致,从而减少由于变形不一致产生的裂缝。为了减小底板对墩墙的约束,可使底板和一定高度的墩墙同时浇筑。因为与底板同时浇筑的墩墙高度越高,墙体所受底板的约束也就越小,但是施工也就变得越繁琐,而且施工中增加了跑模的概率,所以与底板同时浇筑的墩墙不能太高。

4结语

水工墩墙结构混凝土开裂的主要原因是温差、约束和收缩。因此,从防止裂缝的角度出发,所采取的工程措施都以减小这些因素的不利影响为目的。科学合理的工程措施,严格有序的施工管理,是保证工程质量、防止裂缝的重要手段。

摘要：分析了水工墩墙混凝土裂缝的常见形式和成因,从混凝土材料选取、优化结构布局、温度控制和施工工艺等方面提出了相应的防裂措施,以供广大工程技术人员参考。

关键词：水工墩墙,混凝土裂缝,成因,底板

参考文献

[1]黄国兴,惠荣炎.混凝土的收缩[M].北京:中国铁道出版社,1990.29-31.

[2]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,1999.16-17.

大体积混凝土施工防裂措施研究 篇4

关键词：大体积混凝土,裂缝,施工措施,养护

对于大体积混凝土而言,水泥在水化固结过程中会产生大量水化热,是一种不良导温材料,内部热量不易散发,会形成较高水化热温升。大体积混凝土温度应力往往超过外荷载引起应力而导致结构产生温度裂缝。温度裂缝的产生不但影响到结构承载力和设计效果,而且对结构安全性和耐久性也有重要影响。因而对大体积混凝土进行温度控制,防止温度裂缝的产生是建设、设计和施工方都极为关注的问题。

1 裂缝产生的主要原因及形式

结构物在施工及使用过程中承受两大类荷载,有各种外荷载和变形荷载,统称为广义荷载。第一类荷载包括永久荷载、可变荷载、风载和雪载等;第二类荷载包括温度、收缩及不均匀沉陷等。裂缝产生的主要原因是由以上两种荷载引起的。据统计,在工程实践中结构物的裂缝原因,由第二类荷载(变形荷载)引起的裂缝约占80%～85%,而由第一类荷载(各种外荷载)引起的裂缝只占15%～20%。

裂缝按其形状分为表面的、贯穿的、纵向的、横向的、上宽下窄、下宽上窄、枣棱形、对角线形、斜形、外宽内窄的和纵深的等。裂缝又可分为愈合、闭合、运动、稳定及不稳定的等。结构的初始裂缝,在后期荷载作用下,有可能在压应力作用下闭合,裂缝仍然存在,但其是稳定的。结构上的任何裂缝,在周期性温差和周期性反复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合,称为裂缝的运动,但这是稳定的运动,有些裂缝产生不稳定性的扩展,应视其扩展部位,考虑加固措施。

2 温度裂缝

大体积混凝土结构,浇筑后水泥的水化热很大,由于混凝土体积大,聚积在内部的水泥水化热不易散发,混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面散热较快,这样形成较大的内外温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。如果在混凝土表面附近存在较大的温度梯度,就会引起较大的表面拉应力,同时,此时混凝土的龄期很短,抗拉强度很低,如果温差产生的表面拉应力,超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。这种裂缝多发生在混凝土浇筑后的升温阶段。如果此时混凝土表面不能保持潮湿的养护环境,则混凝土表面由于水分蒸发较快而使初期的混凝土产生干缩,将加剧裂缝的产生。

由于温升影响产生的裂缝是收缩裂缝。这种裂缝产生在混凝土的降温阶段,即当混凝土降温时,由于逐渐散热而产生收缩;另外,在混凝土硬化过程中,由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发,以及胶质体的胶凝等作用,促使混凝土硬化时收缩。

这两种收缩,在收缩时由于受到基底或结构本身的约束,会产生很大的收缩应力(拉应力),如果产生的收缩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,这种收缩裂缝有时会贯穿全断面,成为结构性裂缝,带来严重的危害。

表面裂缝虽然不属于结构性裂缝,但是,在混凝土收缩时,由于表面裂缝处断面削弱而且产生应力集中,促使混凝土收缩裂缝的开展。总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况,有以下一些规律:

1)温差和收缩越大、温度变化和收缩的速度越快,越容易开裂;2)基底对结构的约束作用越大,越容易开裂;3)温度梯度越大、承受均匀温差收缩的厚度越小,越容易开裂;4)在一般情况下,结构的几何尺寸越大,越容易开裂。

3 大体积混凝土施工的主要措施

大体积混凝土的施工技术涉及面很广,包括:土方开挖、钢筋加工与安装、模板支拆、混凝土的拌制与输送、混凝土的浇筑与捣固、混凝土表面处理与养护、施工机械的选型与布置、劳动力的投入以及进度的控制等。以下主要叙述与裂缝控制有关的施工技术问题。

3.1 浇筑时间

大体积混凝土温度峰值大小,与原材料带入初始热量有关,其施工浇筑宜选在气温较低的季节进行,由于环境温度低,砂、石、水泥、拌合水、掺合料温度均较低,原材料带入热量小;由于气温低,水泥水化速度放慢,使水化热温度峰值降低并向后延迟,同时也会减小季节降温的温差值。如果工期要求需要在气温高的季节施工,必须采取能降低原材料温度措施,控制入模温度,使其尽量减小。

3.2 增设防裂钢筋网片

表面裂缝是升温阶段大体积混凝土形成较大内外温差,在混凝土内部产生压应力,在混凝土表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,便会产生表面裂缝。为从裂缝初始发展阶段进行控制,在混凝土表面增设一层防裂钢筋网片,以增强混凝土早期抗拉强度,钢筋网尽量采用小直径、较密间距,以增加粘结力,减少裂缝宽度。

3.3 “内排外保”方法

“内排”是指在承台内部埋设冷却管措施,通过水循环达到降低混凝土中心温度,实现混凝土内外温度相对平稳的目的。通过温度较低循环水吸热散热,降低温度峰值,根据水化热绝热温升计算、实际温度控制调节流量、流速和开停通水时间。待降到一定温度后,将冷却管通过加压方式浇筑同强度等级混凝土。“外保”是指在混凝土外表和外部采取覆盖保温措施,使混凝土表面温度与中心温度温差控制在最小,让混凝土缓慢均匀降温的方法。当外界气温较高时,采取薄膜覆盖养护措施;气温较低时,在混凝土表面采取塑料薄膜、麻袋或土工布覆盖,外搭设保温棚,棚内电炉通电升温的内排外保措施,以防止由于内外温差过大产生温度应力而造成混凝土表面开裂。

3.4 混凝土的拌制与输送

大体积混凝土由于体积大,一般可达数千立方米甚至上万立方米,因此在拌制时应尽可能集中拌制,有条件的可采用商品混凝土。为了降低水化热,配制混凝土时可掺加减水剂和粉煤灰或沸石粉,以减少水泥用量和改善混凝土的和易性。宜采用发热量较低的矿渣水泥来配制混凝土。当采用混凝土泵输送浇筑时,可掺加泵送剂。

施工场地允许时,可在邻近施工地点设置搅拌站。当采用泵送时,从搅拌机至混凝土泵所在位置之间的混凝土输送宜采用搅拌运输车。应严格控制混凝土浇筑时的坍落度。

3.5 混凝土的浇筑与捣固

常用的浇筑方法是用混凝土泵浇筑或用塔式起重机浇筑。混凝土运至浇筑地点,应符合浇筑时规定的坍落度,当有离析现象时,必须在浇筑前进行二次搅拌。混凝土从搅拌机中卸出到浇筑完毕的延续时间不宜超过规范规定值。

混凝土浇筑层的厚度,应不大于振捣棒作用部分长度的1.25倍。浇筑混凝土应连续进行,当必须间歇时,其间歇时间宜尽量缩短,并在前层混凝土凝结之前,将次层混凝土浇筑完毕。混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不得超过规范规定值,当超过时应留置施工缝。浇筑混凝土应合理分段分层进行,使混凝土沿高度均匀上升。

3.6 混凝土表面处理与养护

大体积混凝土分段浇筑完毕后,应在混凝土初凝之后终凝之前进行一次振捣或进行表面的抹压,排除上表面的泌水,用木抹反复抹压密实,消除最先出现的表面裂缝。在冬季施工时,混凝土抹压密实后应及时覆盖塑料薄膜,再覆盖保温材料(岩棉被、草帘等)。非冬期施工条件时,可覆盖塑料薄膜及保温材料,也可在混凝土终凝后在其上表面四周筑堤,灌水20 cm～30 cm深,进行养护。并定期测定混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围内;当设计无具体要求时,混凝土表面和内部的温差不宜超过25 ℃。

冬期施工条件下,应在混凝土表面冷却到5 ℃以下时才能拆除模板和保温层。在非冬期施工条件下,应在混凝土表面与外界温差不大于15 ℃时才能拆除,否则应采取使混凝土缓慢冷却的临时覆盖措施。

混凝土在潮湿环境中的养护时间,对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7 d,对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14 d。

3.7 大体积混凝土的基层处理

当大体积混凝土平面尺寸较大,而又不希望留置后浇带时,可采取措施,用减小地基对混凝土的阻力系数的方法来实现减小温度应力的目的。可以将大体积混凝土下面的垫层上表面抹平压光,再涂刷隔离剂,或者在垫层上干铺一层油毡作为滑动层。

4 结语

通过对一些大体积混凝土施工中所采取的防裂技术措施总结,得出以下结论:

1)大体积混凝土灌筑时,在确保强度情况下,可掺加减水剂和粉煤灰,既能有效地降低水泥水化热,又能改善混凝土和易性和可泵性。

2)表面覆盖保温,既可以有效地将内外温差控制在允许范围之内,预防混凝土温度裂缝,还能保持水分,避免混凝土表面收缩裂缝,是预防大体积混凝土裂缝的有效方法。

大体积混凝土的施工质量非常关键,只有从各方面采取措施进行控制,才能确保工程质量。保证大体积混凝土不开裂施工技术是一项重大技术课题,还有许多问题需要通过理论和实践来进行探讨。

参考文献

[1]李惠.高强混凝土及其组合结构[M].北京:科学出版社,2004.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[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,1999.

水工混凝土防裂研究 篇5

1 泵站混凝土裂缝的分类

从不同的角度进行分析, 泵站混凝土裂缝的分类不同, 本文从裂缝的成因、深度、活动性质、方向机形状将泵站混凝土的裂缝分为以下几种:

(1) 从裂缝形成的原因角度可以将裂缝分为荷载裂缝、变形裂缝、施工裂缝及碱骨料裂缝等。

(2) 从裂缝的表面深度角度可以将裂缝分为表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝等。

(3) 从裂缝的方向和形式分类可以将裂缝分为水平裂缝、垂直裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、放射裂缝等。

2 泵站混凝土裂缝的成因

2.1 混凝土施工方面的原因

(1) 施工工艺方面:

拌合不均匀, 搅拌时间不足或过长;采用泵送混凝土时水泥和水用量较大;振捣不实, 坍落度过大, 骨料下沉、泌水;钢筋搭接、锚固不良, 钢筋、预埋件被扰动;钢筋保护层厚度不足;滑模工艺不当 (拉裂或塌陷) ;模板变形、模板漏浆或渗水;模板支撑下沉、过早拆模或模板拆除不当;硬化前遭受扰动或承受荷载;混凝土表面抹压不及时。

(2) 施工工序及安排方面:

混凝上从拌和到浇筑时间间隔过长;浇筑顺序有误, 浇筑不均匀 (振动赶浆、钢筋过密) ;连续浇筑间隔时间过长, 接缝处理不当;浇筑时间安排不当;混凝土分缝分块分层不当:施工组织及管理不当。

(3) 温度控制方面:

浇筑前, 没有采取措施 (原材料降温、遮阳等) 严格控制混凝土出机口温度, 导致出机口温度较高;浇筑时, 没有采取措施 (覆盖仓面、喷雾降温等) 严格控制浇筑温度:浇筑后, 保温、保湿等养护措施没有到位或不及时, 也没有采取通冷却水降温技术来缩小混凝土内外温差;养护初期遭受急剧干燥 (日晒、大风) 或冻害, 遭受寒流或新浇混凝土越冬时未采取措施及时保护。

2.2 荷载与结构原因

(1) 所受荷载超过设计荷载范围或设计未考虑到的作用, 例如地震、台风等各种外荷载及温度变形、干缩变形、差异沉降变形等各种变形) 。

(2) 结构断面变化过大或者平面尺寸或单向尺寸过大, 并且未采取有效措施防裂。

(3) 结构断面尺寸不足, 钢筋用量不足, 配筋位置不当。

(4) 对温度应力和收缩应力估计不足, 导致抗裂钢筋配置不足, 或者钢筋直径、间距偏大。

(5) 由于次应力作用, 加大受力或变形。

2.3 混凝土原材料及技术原因

(1) 水泥:

由于受潮、温度过高产生水泥非正常凝结;由于含碱量过高或含有游离的CaO、MgO导致水泥非正常膨胀;水泥含泥量较大易产生收缩裂缝;使用早强水泥或超强水泥导致混凝土早期脆性大易产生裂缝。

(2) 粗细骨料:

所用粗细骨料线膨胀系数较大、表面不清洁并有弱包裹层、骨料级配不良、含泥量较高, 细度模数和砂率要么偏大、要么偏小, 使用碱活性骨料或风化岩石。由于骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%-83%, 上述种种不利因素将混凝上的强度、抗裂性能产生很大影响。

(3) 有关混凝土配合比方面:

混凝土配合比不当, 如水泥用量大、用水量大、水胶比大、砂率大等等;选用的水泥、外加剂、掺合料不当或不匹配;外加剂、硅灰、矿粉等掺合料掺量过大。

2.4 施工过程中环境产生的影响

混凝土的裂缝与环境条件 (施工期和施工后) 有很大关系。施工过程中应注意气温和湿度的变化, 采取有效措施控制高温、低温冲击和激烈干燥冲击, 此时, 应力状态接近弹性应力状态, 混凝土应力松弛效应无法发挥出来, 特别注意浇筑后经过一定时期养护的混凝土仍然需要保护 (维护) , 不宜长期裸露。注意与气象站的密切联系 (降温及降雨预报) , 不得在雨中浇筑混凝土, 否则会严重改变水灰比。结构施工后验收投入使用, 由于环境变化 (如生产使用条件、房屋装修改变条件) , 承受了新的温度、湿度、振动 (包括相邻振动) 、化学腐蚀及荷载变化影响等, 都可能引起后期开裂。

3 泵站混凝土防裂的措施

3.1 混凝土施工方面的措施

(1) 合理安排施工, 保证浇注强度和入仓连续性。

浇筑时振捣要快插慢拔, 避免过振或漏振, 采取二次抹面技术, 闭合早期裂缝;混凝土尽可能晚拆模, 并保持混凝土表面温度不低于15度。

(2) 科学合理的施工部署, 保证混凝土浇筑的连续性。

浇筑时要根据结构的浇筑区域、构件类别、钢筋配置状况以及混凝土拌和物的品质, 选用适当的机具和浇筑方法。混凝土的一次浇筑量要适应各环节的施工能力, 以保证混凝土的连续浇筑。对现场浇筑的混凝土要进行监控, 运抵现场的混凝土坍落度不能满足施工要求时, 可采取经试验确认的可靠方法调整坍落度, 严禁随意加水。

(3) 改进泵送混凝土施工工艺, 提高混凝土抗裂性能。

优选原材料和合理设计配合比, 采用中低热水泥和优质粉煤灰, 采用中低热水泥可减少水化热;控制混凝土出机温度和浇筑温度;改进泵送混凝土施工工艺, 采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺, 可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上, 使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大;对己浇筑的混凝土, 在终凝前进行二次振动, 可排除混凝土因泌水, 在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分, 提高粘结力和抗拉强度, 并减少内部裂缝与气孔, 提高抗裂性。

(4) 加强质量管理, 提高混凝土施工质量。

为了防止裂缝, 需要加强施工管理, 提高混凝土施工质量。工程实践表明, 裂缝的出现与混凝土的不均匀性有重要关系。当混凝土质量控制不严、混凝土强度离差系数过大时, 裂缝就多。所以, 为了防止裂缝, 一定要加强施工管理, 加强混凝土试验, 确保极限拉伸、强度保证率及离差系数满足要求, 提高混凝土施工质量。

3.2 混凝土温度控制措施

(1) 控制混凝土出机口温度。

在白天施工时要对存放砂石的地方搭设遮阳设备;可向骨料喷射凉水;控制水泥入楼时温度不高于60度;也可通过骨料二次风冷、加冰两个过程满足低温混凝土。要严格控制混凝土出机口的温度和浇筑温度。

(2) 加强混凝土养护和表面保护。

可通过采用1.5cm的高发泡聚乙烯卷材, 外包编织袋进行保温措施。例如对于混凝土墙体、肘部流道等, 可采用竹胶模板, 厚度尽可能大一些;对于泵站底板, 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。同时也可采用安排专人值班的形式, 负责养护, 坚持每天检查和维护。

3.3 混凝土原料及技术方面的措施

(1) 优选混凝土原材料。严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准, 选用低水化热水泥, 使用中低水化热低碱水泥, 控制水泥中发热量和发热速度最快的CA和RO含量, 需水比低, 水泥7d水化热不宜大于275kJ/kg, 不使用带有早强字样的水泥;粗细骨料的含泥量应尽量减少。

(2) 采用双掺技术, 减少水泥用量, 降低水化热。

(3) 优化混凝土配合比, 调整砂率;积极采用补偿收缩混凝土技术。

4 总结

本文简要介绍了混凝土裂缝的几种分类, 对泵站混凝土裂缝的成因进行了详细的分析, 着重从混凝土施工、温度控制、原材料及技术方面提出预防裂缝的措施, 为泵站混凝土裂缝的防治提供了可借鉴的方法和思路。

参考文献

[1]徐向军.梅梁湖泵站的混凝土裂缝防治[J].江苏水利, 2005, (3) .

[2]程丽.浅论泵站底板混凝土的防裂措施[J].山西建筑, 2009, (7) .

水工混凝土防裂研究 篇6

关键词：灌浆廊道,温度场,应力场,温控防裂

1 工程概况

苗尾水电站位于云南省大理州云龙县旧州镇境内的澜沧江河段上, 是澜沧江上游河段一库七级开发方案中的最下游一级电站, 上接大华桥水电站, 下邻澜沧江中下游河段最上游一级电站—功果桥水电站。苗尾水电站为一等工程, 永久性主要水工建筑物为1 级建筑物, 次要建筑物为3 级建筑物。苗尾水电站开发任务以发电为主, 电站正常蓄水位1408.00m, 相应库容6.60 亿m3, 电站装机容量1400MW。枢纽工程主要由砾质土心墙堆石坝、溢洪道、冲沙兼放空洞、引水系统、发电厂房和灌溉取水口等建筑物组成。

2 计算模型与参数

2.1 有限元模型

在网格剖分时采用空间六面体和五面体等参元模型, 考虑混凝土表面附近温度受环境温度影响较大, 早期温度梯度和应力梯度较大, 同时表层混凝土的温度和应力变化情况也正是本工程混凝土结构温控防裂研究的重点, 设置相对较薄的单元, 由外向内网格逐渐变粗。同时, 为了模拟分层浇筑过程, 网格划分时将考虑分层、分块线的位置, 灌浆廊道计算模型的单元和结点总数分别为13440 和17460 个。

计算所用的剖面如图1, 在上面标出分析所用特征点。对于整体计算模型的坐标轴, 定义为:顺水流方向为x轴, 垂直水流方向为y轴, 高度方向为z轴, 原点选在廊道基坑中部, 即y=7.5m为顺水流方向的基础垫层与廊道中线面, x=0.0m为垂直水流方向的廊道中心面, z=0.0m为廊道 (基坑) 底部面。

2.2计算参数

依据混凝土配置强度、推荐配合比及工程区气象条件, 参考《苗尾水电站混凝土原材料选择及配合比设计实验报告》, 并结合类似工程经验, 形成本次仿真计算所采用的混凝土热学和力学参数和计算模型。部分随龄期变化的热力学参数模型如式 (1) ~式 (3) 。

2.2.1混凝土抗拉强度 (MPa) :

2.2.2取本工程抗裂安全度目标值为1.65, 则混凝土允许抗拉强度 (MPa) :

2.2.3混凝土抗裂安全度:

式中, 为龄期时刻混凝土的抗裂安全度;为龄期时刻混凝土的抗拉强度, MPa;为混凝土空间位置i处, 在龄期时的即时应力, 正为拉应力, 负为压应力, MPa。

根据已往的研究, 混凝土的抗拉强度和发生应力相等时 (即抗裂安全度为1.0) 时, 裂缝发生概率为50%左右;而不发生裂缝的概率在95%以上的话, 抗裂安全度应在1.5以上。

3计算工况

工况W1:假定开始浇筑时间为1月15日, 分别浇筑廊道垫层混凝土, 间歇15d后浇筑廊道第二层混凝土。计算时, 浇筑温度统一取为浇筑时的气温;并假定浇筑时外界有风, 风速2.0m/s, 确定表面热交换系数为52.90 k J/ (m2·h·℃) 。

工况W2:混凝土表面采用大坝保温被保温, 保温被为三层1cm厚聚乙烯保温卷材外套塑料编织彩条布, 保温30d, 依据课题组前期所做成果, 取表面热交换系数取为8.12 k J/ (m2·h·℃) 。其余同工况W1。

4计算成果与分析

廊道混凝土结构属于孔口结构, 散热面多且散热能力不均, 且外部约束和内部约束复杂。冬季施工存在一定开裂风险的位置主要位于灌浆廊道的顶部顶表面, 因此本节取廊道顶板的特征点进行温控防裂研究。

本研究以工况W1廊道顶部表面点L8为例进行分析, 该点在早期最大内外温差在龄期9d出现, 在浇筑后1~10d期间拉应力均超过了即时允许抗拉强度 (图2) , 其拉应力最大值达1.78MPa (龄期4.0d) , 通过计算和对比分析可得此特征点最小抗裂安全度出现在龄期3d, 仅为1.09, 开裂概率接近40%。廊道顶部的另外两个特征点在施工过程中拉应力值始终没有超过即时允许抗拉强度经过计算分析得出其开裂概率均小于5%左右。

工况W2采用一系列保温措施来预防混凝土在施工过程中开裂。针对廊道顶部表面易开裂的情况, 对混凝土表面采用大坝保温被保温, 根据图3中特征点的应力历时曲线可以得出:L8在此期间的拉应力均未超过允许抗拉强度, 在冬季施工中采取保温措施对预防混凝土开裂有显著的效果。通过对比分析和公式 (3) 可以得出在此工况中此特征点的最小抗裂安全度出现在龄期3d, 为1.64, 开裂概率仅为5%左右。因此可以得出结论, 即对混凝土表面采取保温措施可以取得较好效果, 特征点的应力基本上控制在允许值范围内。

5 结论

5.1 纵观整个灌浆廊道混凝土施工期的温度与应力变化及分布情况, 其开裂概率较大的区域主要集中在廊道顶部, 表面开裂概率较大, 最危险时表面在早期出现接近40%的开裂概率。因此需要通过降低温度峰值、控制内外温差来减小拉应力值, 针对本工程, 可采用表面保温的措施来控制拉应力, 结果表明了采取此措施收到的效果很显著, 特征点开裂概率仅为5%左右。

5.2 混凝土配合比及其原材料对混凝土温控防裂至关重要, 具体配合比设计见相关规范, 详细过程此处不表, 提几点建议:①采用低热水泥以控制混凝土温升值;②确保混凝土强度前提下, 控制水胶比, 尽量减少胶凝材料用量;③掺加矿物掺合料替代水泥;④可添加纤维, 提高混凝土早期强度;⑤采用高效减水剂, 优化混凝土中水泥的水化放热过程, 改善混凝土力学性能;⑥采用低热胀系数的骨料[1], 以减小混凝土热胀系数, 从而减小单位温度混凝土应变值;⑦控制混凝土碱含量不超过3.0kg/m3。

5.3 通过仿真计算分析, 能预测结构中特征点任何时刻温度、应力及是否可能会开裂等信息;能细致地进行薄壁混凝土结构的防裂研究, 客观的评价所制定的施工方案是否合理, 提高工程中混凝土的抗裂能力与安全性。

参考文献

[1]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, 1999.3:1-2.

[2]陈守开, 强晟, 郭磊, 郭利霞.淮阴三站泵站贯流式流道混凝土温度和应力仿真分析[J].水利水电技术, 2011, 42 (1) :44-47.

[3]陈守开, 吉顺文.泵送混凝土结构施工期温控防裂研究[J].水力发电, 2011, 37 (2) :29-33.

水工混凝土防裂研究 篇7

该工程桥墩施工期较长,采用泵送工艺,混凝土浇筑方量大,运输路程远,属于大体积混凝土施工,需要对该结构混凝土进行温度控制,在施工过程中温度裂缝控制存在以下难点:(1)工程地处赤道气候带、热带气候带和亚热带气候带,干旱、大温差是工程所在国的典型气候特征;(2)当地的碎石多为火成岩,存在一定的孔隙,吸水率约为2.5%;当地河砂稀少,多采用火成岩的机制砂,当地粉煤灰从印度进口,多采用磨细火山灰作为掺合料;(3)工程施工作业面长,当地水资源极度匮乏,无法采用埋设冷却水管的温控措施;(4)桥墩结构面为立面,不容易养护,该地区长年多风,加上干燥的气候,采用传统的土工布包裹,洒水养护效果较差;(5)为达到强度设计值,施工单位多以提高水泥用量来弥补当地原材料性能及特殊环境对混凝土强度增长的影响,造成混凝土水化热过高,加大了混凝土温度开裂的风险。

鉴于以上难点,为避免桥梁墩身混凝土出现有害的温度裂缝,研究采用有限元仿真模拟方法,对比分析了不同工况下的模拟结果,并提出工程大体积混凝土温控标准及温控措施,通过现场混凝土温度监控,指导工程混凝土施工。

1 温度应力仿真计算

根据该工程混凝土结构的特点,结合实际工况,选取典型结构,采用有限元软件仿真分析,模拟墩身结构混凝土温度、应力场的分布及发展规律。计算时充分考虑了混凝土分层、浇筑温度、施工间歇期、混凝土水化热、养护方式、外界气温变化、弹性模量、基础约束以及混凝土徐变等复杂影响因素[1]。图1是典型墩身剖分图。

针对该结构不同的混凝土配合比、浇筑温度、养护措施,降温措施等施工情况进行仿真计算分析,从而评价不同工况下混凝土开裂风险。

1)工况一:混凝土浇筑温度不超过33℃,混凝土配合比中火山灰和粉煤灰掺量为25%,凝结时间7h;墩身与基础施工间隔3个月,浇筑完后3d拆模,表面洒水养护,养护水水温28℃。

2)工况二:浇筑温度29℃,混凝土配合比中火山灰和粉煤灰掺量为30%,凝结时间12h,墩身与基础施工间隔10d,3d拆模,表面塑料薄膜密封然后包裹一层土工布,相对湿度保持大于75%。

根据以上两种施工工况,模拟计算混凝土内部最高温度,最大内表温差,计算结果如表1所示,图2为工况一和工况二的温度包络图。

由表1可知,在工况一条件下,混凝土内部最高温度为65.2℃,高于工况二内部温度,最大内表温差为32.8℃,远高于工况二最大内表温差。对两种工况的混凝土温度应力和抗裂安全系数进行计算,计算结果如表2所示。

《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》(JTS 202—1-2010)认为劈裂抗拉强度与相应龄期计算的温度应力值之比不小于1.4时,开裂概率小于5%;劈裂抗拉强度与相应龄期计算的温度应力值之比不小于1.3时,开裂概率小于15%[2],见图3。

由表2可知,在工况一情况下,混凝土早期抗裂安全系数较小,仅为1.02,开裂风险较大。工况二情况下,混凝土最小抗裂安全系数为1.39,相较于工况一,工况二情况下混凝土安全系数更高,开裂风险较小。

由仿真计算结果可知,在降低浇筑温度,优化配合比设计,减小浇筑间隔期,加强保温养护措施情况下,可有效提高混凝土抗裂安全系数,降低开裂风险[3]。依据仿真计算结果及工程实际情况,制定该工程混凝土温控标准,如表3所示。

2 墩身大体积混凝土温度裂缝控制措施

根据仿真计算结果,考虑现场施工情况,采取有效的温控措施降低混凝土开裂风险。

2.1 原材料优选和混凝土配合比优化

采用低水化热,抗裂性优良的配合比是大体积混凝土温度裂缝控制措施的重点[4]。配合比设计遵循在满足混凝土工作性能、力学性能、耐久性能前提下,降低水泥用量、减小砂率及用水量,以降低混凝土水化热温升,减小收缩,降低开裂风险[4]。工程通过掺用当地磨细火山灰,印度I级粉煤灰以减少水泥用量,火山灰和粉煤灰总掺用比例为30%(胶凝材料用量);通过掺用高性能聚羧酸减水剂,改善混凝土施工性能,降低砂率及用水量,以减少混凝土收缩。延长混凝土缓凝时间以推迟并削弱温峰。墩身混凝土实验室条件下缓凝时间调整至12h。本工程桥梁墩身配合比如表4所示。

/(kg/m3)

2.2 混凝土质量控制

加强混凝土质量控制是大体积混凝土温控防裂的关键措施之一。混凝土质量控制包括混凝土生产质量及施工质量。通过加强对混凝土原材料质量检测,保证用于生产混凝土的原材料质量稳定合格。混凝土生产前严格按照要求进行骨料的含水率、含泥量等指标的检测,以保证施工配合比的准确性。建立施工现场和混凝土拌合站联合管理制度,通过施工现场反馈的混凝土质量情况,进行施工配合比调整,以保证混凝土质量[5]。

墩身设2个布料点,混凝土按规定厚度、顺序和方向浇筑,分层布料厚度不超过30cm。振动棒垂直插入,快插慢拔,振捣深度超过每层的接触面10~20cm,保证下层在初凝前再进行一次振捣。振捣时插点均匀,成行或交错式前进,以免过振或漏振,避免用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物,以免造成离下料口远处砂浆过多而开裂。

2.3 浇筑温度控制

控制混凝土的浇筑温度对控制混凝土温度开裂非常重要。相同混凝土,入模温度高的温升值要比入模温度低的大许多[6]。该工程施工对大体积混凝土浇筑温度的要求为不高于30℃,宜控制在28℃以内。

该工程墩身混凝土浇筑时间为6月至11月,气温较高且昼夜温差较大,白天日照强烈。该工程采取了以下措施来降低浇筑温度,具体如下:

1)搭设遮阳棚进行骨料遮阳,并对粗骨料进行喷淋水雾降温。

2)水池搭设遮阳棚,施工前抽取井水降低拌和水温。

3)选择气温较低时段施工。

2.4 混凝土养护

工程所在地昼夜温差大,风大,气候干燥且水资源匮乏。墩身侧面积较大,白天钢模板受日照辐射快速升温,夜间气温急速降低,混凝土表面热量散失较快。大体积混凝土浇筑完成后,保温保湿养护措施对混凝土裂缝控制至关重要。针对工程所在地的气候特点及墩身结构特点,拆模前模板侧壁包裹一层土工布进行保温覆盖同时墩顶洒水保湿。拆模后墩身侧面采取包裹塑料薄膜加土工布保温保湿,见图4。

拆模时间根据温度监测结果进行确定,混凝土内表温差小于20℃、混凝土表面温度与气温差小于20℃方可拆模,尽量在温度较高时段拆模,拆模后保温保湿养护时间不短于14d。

3 现场温度监测

为实时了解混凝土内部温度分布规律,同时给现场温控措施提供可靠的数据,在墩身实心段内部1/2中心线上布设测点5个(见图5),测点布置于距墩身底部垂直高度5.0m处,测温元件为PN结温度传感器,数据采集仪为温度自动巡检仪。表5为墩身混凝土内部温度场特征参数。

由表5可知,该层结构混凝土前期温度上升较快,达到温峰66.2℃后逐渐降低,混凝土最大内表温差为23.2℃,该层结构于浇筑完成后第5d拆模,拆模后未见可见裂缝,拆模后采用塑料薄膜加土工布进行保温保湿养护,养护14d后拆除,未见可见裂缝。

4 温控效果评价

肯尼亚蒙内铁路墩身大体积混凝土施工历时六个多月,在施工期间,由于当地水资源匮乏,内部降温措施有限,但通过各方的共同努力,浇筑温度及养护措施实施情况良好,现场测温结果与仿真模拟值吻合,各项温控指标均在温控标准范围之内,拆模后经现场检查,混凝土表面未出现有害温度裂缝,达到了预期的温控效果。

5 结论

a.针对肯尼亚内陆地区昼夜温差大,风大,气候干燥且水资源匮乏自然条件,采用有限元仿真分析,对比不同工况下混凝土抗裂安全系数,制定合理有效的温控标准。

b.针对工程自然气候特点,依据仿真计算结果,通过配合比优化,混凝土质量控制,浇筑温度控制,保温保湿养护等措施,同时对混凝土内部温度进行监控,指导现场拆模养护工作等措施,墩身结构混凝土表面未发现有害温度裂缝,达到了预期的温控效果。

摘要：针对肯尼亚地区昼夜温差大、气候干燥、水资源匮乏的特点,采用有限元法仿真模拟对比了蒙内(蒙巴萨-内罗毕)铁路桥梁墩身大体积混凝土在不同工况下的温度、应力场随龄期的变化规律,提出了工程的温控标准和温控措施,同时在施工阶段对混凝土温度进行了监控。从现场施工情况来看,混凝土未出现有害温度裂缝,温控效果良好,达到了预期的温控目标。

关键词：肯尼亚,干燥大温差地区,蒙内铁路,大体积混凝土,温度裂缝

参考文献

[1]涂伟成,刘松,张明雷.船闸大体积混凝土温度及裂缝控制技术[J],水运工程,2015(6):197-202.

[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M],北京:水利电力出版社,1999:19-32.

[3]刘松,屠柳青,裴炳志,等.大掺量粉煤灰混凝土在荆岳长江公路大桥承台中的应用[J],粉煤灰综合利用,2009(1):41-43.

[4]刘松,屠柳青,刘亚东,等.马来西亚槟城第二跨海大桥混凝土耐久性设计研究[J],公路,2011(10):75-78.

[5]刘松,邓波,裴炳志,等.荆岳长江公路大桥南塔承台大体积混凝土冬期施工温度裂缝控制技术[J],施工技术,2008(12):49-51.

水工混凝土的抗渗性研究 篇8

关键词：水工混凝土,抗渗性,抗渗等级,水灰比,龄期,粉煤灰

混凝土是通过水泥水化固化胶结砂石骨料而成的气液固三相并存的多孔非匀质材料。由于拌和施工的需要, 用水量会大于水泥水化所需的用水量, 这些多余的水造成孔隙和孔洞, 它们可能互相串通, 形成连续的通道。这决定了混凝土就是一种多孔材料而且具有一定的渗透性。随着高性能混凝土的不断发展, 其微观结构和化学成分也在发生巨大的变化, 原有的关于耐久性的评价方法已经越来越不适用了。混凝土的渗透性是指流体在不同压力作用下通过其内部的难易程度, 包括透气性、透水性和透离子性等。

根据某水利工程近50年龄期的混凝土样, 按照水工混凝土试验规程进行抗渗性试验, 利用压汞法对芯样混凝土的孔隙结构进行试验分析, 并用扫描电镜研究了混凝土的微观形貌, 以探明自然状况下长龄期水工混凝土抗渗性能与微观结构的关系。

1 水渗透性

水是最容易和混凝土接触的介质。而混凝土又是一种多孔的材料, 混凝土的渗透性的高低影响液体渗入的速率, 而有害的液体或气体渗入混凝土内部后, 将与混凝土组成成分发生一系列物理变化和力学作用;水还可以把侵蚀产物及时运出混凝土体外。再补充进去侵蚀性离子。从而引起恶性循环。此外, 混凝土的饱和水, 当混凝土遭受反复冻融的环境作用时, 还会引起冻融破坏, 水还是碱-骨料反应的众多条件之一。水在混凝土中的渗透速度, 在某种程度上决定了混凝土的劣化速度。

目前关于水渗的评价方法[1,2,3]主要有稳定流动法、渗透深度法和抗渗等级法。

1.1 稳态流动法

国外用于评价抗渗性的方法是稳定流动法, 其方法为将试件各侧面密封, 从一面以压力水施压, 当达到稳定状态后, 测量指定时间内透过特定厚度混凝土的渗水量, 按Darcy定律求得渗透系数K。 即

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式中:K为流动法测量的渗透系数;q为液体流量;A为试件的横截面积;t为流量穿越试件所花时问;L为试件高度;△h为透过试件的静水力。

稳定流动法仅适用于研究具有较高渗透性, 例如:强度不高、龄期不长的混凝土, 且根据 Darcy定律计算渗透系数过程。测量一般存在相当大的试验误差。

1.2 渗透深度法

渗透深度法测量压力液体穿透混凝土的深度, 通常采用一次加压法。恒压24h后劈开试件, 测试平均渗水高度, 并以此计算渗透系数, 渗透系数的计算公式可表述为:

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式中:Kp为渗透深度法测量的渗透系数;d为平均渗透高度;v为混凝土的吸水率;t为恒定压力时间;H为水头高度。由于孔隙率实测困难而常采用估算值, Kp值有较大误差。

1.3 抗渗等级法

参照国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》 (GBJ82—85) 测试混凝土的抗渗等级。试验采用6个上底直径175mm、下底直径185mm、高150mm的圆台形试件, 从0.1 MP a开始施加水压。每隔8h水压增加0.1MPa, 直至6个试件中有3个被压力水穿透或加压至3.1MPa时停止试验。记录水压并以此计算抗渗标号, 其计算公式下:

S=10H-1 (3)

式中, S为抗渗标号;H为6个试样中3个试样端面渗水时的水压力 (MPa) 。

该方法的特点是简单。适合工程上评价混凝土抗渗性能, 但此法对低渗透性的混凝土不适用, 且试验周期较长效率很低。

2 混凝土的抗渗性

混凝土的抗渗性主要决定于水灰比、龄期;此外, 掺加粉煤灰对其也有很大的影响。不同水灰比混凝土的抗渗性水灰比越小, 凝固后的水泥浆越密实, 抗渗性越高。

2.1 不同水灰比的抗渗性

水灰比<0.50的水泥浆的渗透系数很小, 抗渗性很高;水灰比>0.60的水泥浆的渗透系数急剧增大, 抗渗性迅速降低。于是水灰比越小, 混凝土的抗渗性也越高, 综台一些大坝工程的实测结果, 不同水灰比混凝土28d可达到的抗渗等级大致见表1。

2.2 不同龄期混凝土的抗渗性

水泥浆和混凝土的抗渗性, 除随水灰比减小而提高外, 也随龄期增长而提高, 分别见表2和3。

表3表明:

(1) 相同龄期的混凝土抗渗性, 水灰比0.65的比0.70的高, 说明水灰比减小, 抗渗性提高。

(2) 龄期7～180d混凝土抗渗性持续提高, 这是水泥的水化程度越来越充分, 混凝土越来越密实的结果, 其中活性很高的水泥混台材—矿渣起相当大的作用。

(3) 水灰比0.65和0.70的混凝土90d抗渗等级分别达到W21和Wl7;水灰比0.70的混凝土l80d抗渗等级达到W25。

这是由于随龄期增长, 水泥的水化程度越充分, 混凝土越密实的缘故。

2.3 搀粉煤灰混凝土的抗渗性

某科学研究所在江西万安水电站施工期间 (世纪80年代) , 按《水工混凝土试验规程》SDl05-82第5.0.12条混凝土抗渗性试验 (一次加压法) , 测得不同水灰比、不同粉煤灰搀量、不同龄期混凝土 的相对渗透系数[4]。表4为固定水灰比0.55、粉煤灰搀量0%、l5%、30%、45%的混凝土28d、90d相对渗透系数的测定结果。

表4表明:

(1) 龄期28d时, 搀粉煤灰后混凝土相对渗透系数增大, 抗渗性比不掺的降低, 特别是粉煤灰掺量选45%时。这是粉煤灰尚未水化的缘故。

(2) 龄期90d时, 不搀粉煤灰的混凝土相对渗透系数比28d降低l/3, 由5.28×10-10cm/s降为3.56×10-10cm/s, 相应的抗渗等级由Wl9提高至W24这是随龄期增长, 水泥的水化程度越来越充分, 混凝土越来越密实的缘故。

(3) 龄期90d时, 由于粉煤灰水化已比较充分, 有效填充了混凝土孔隙, 相对渗透系数显著降低, 搀量为15%、30%、45%时为0.70×10-10～0.86×10-10cm/s, 数值基本相同, 分别仅为28d的1/9、1/19、1/97, 也仅为90d不搀粉煤灰的1/5～1/4, 抗渗性显著提高, 相应的抗渗等级达到W50以上, 显示掺加粉煤灰提高混凝土后期 (90d) 抗渗性的显著作用。

3 结论

1) 水工混凝土的水渗性的3种评价方法特点:稳态流动法存在相当大的误差;渗透深度法有较大误差;抗渗等级法方法简单, 但有一定的局限性。

2) 混凝土的抗渗性:随水灰比的减小、水泥浆密实度的提高而提高, 龄期越短越明显;随龄期的延长、水泥水化程度不断提高, 水灰比越大越明显;水灰比越小, 达到稳定的龄期越短;水灰比越大, 达到稳定的龄期越长。

3) 搀和粉煤灰混凝土的抗渗性:龄期28d时, 由于粉煤灰基本没有发生水化, 抗渗性降低, 并且随着粉煤灰搀量, 越大越明显;龄期90d后, 由于粉煤灰水化已较充分, 有效填充了混凝土中的孔隙, 增加了密实性, 抗渗性显著提高, 而且超过不搀粉煤灰的混凝土, 特别是水灰比较大的更加显著, 很大程度上弥补了水灰比较大混凝土抗渗性偏低的缺陷。

4) 由于混凝土抗渗性主要决定于水灰比, 有抗渗要求的水工混凝土, 因此可只限定最大水灰比。

5) 根据实践经验, 由于混凝土具有相当高的抗渗性, 漏水通常发生在未振实部分、裂缝、结合不良的水平施工缝、止水设施有缺陷的伸缩缝等处。因此要抗渗, 主要是应保证混凝土的施工质量;另外, 也不应把水灰比限定的过小, 防止因发生裂缝而漏水。

参考文献

[1]赵怀玉, 冯永庆, 李兴梅.浅论水工混凝土的特点及应用技术[J].山西水利, 2003 (1) :36-37.

[2]戴镇潮.混凝土的抗渗性和抗渗要求[J].商品混凝土, 2010 (1) :18-22.

[3]李惠霞, 管巧艳, 张明恩, 等.长龄期水工混凝土抗渗性试验研究[J].人民黄河, 2009, 31 (8) :88-89.