南非瓦爾河水壩擴建項目,防止大體積混凝土裂縫措施及其工程應(yīng)用

摘 要:在南非瓦爾河水壩擴建項目中，針對大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的機理，在混凝土的拌合材料、外加劑的使用、施工方法、養(yǎng)護及溫度監(jiān)控等方面，采取相應(yīng)的解決方法，為大體積混凝土施工提供有利的措施和可靠的技術(shù)保證。

關(guān)鍵詞:大體積混凝土裂縫溫度應(yīng)力養(yǎng)護溫度監(jiān)控

中圖分類號:U75文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0044-02

南非瓦爾河?xùn)|部引水子系統(tǒng)擴建項目是一項調(diào)水工程，計劃從位于Vaal Marina附近的Vaal大壩內(nèi)抽水，經(jīng)Knoppiesfontein調(diào)水到Secunda附近的Bosjesspruit水庫和Trichardsfontein水庫。本項目主要包括土建工程，機械、電力設(shè)備安裝和管線工程等。

其中，低壓泵房由吸水結(jié)構(gòu)和低位提升泵站兩部分組成，上部結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)廠房，高約10米；下部結(jié)構(gòu)為平均深25m的混凝土豎井。取水口豎井平面圖為葫蘆狀，平面尺寸45.75m*37.6m，平面面積1200m2左右，平臺頂標(biāo)高為1488.83m，底面標(biāo)高為1463.00m。豎井墻體厚度平均為1.6m，主要鋼筋直徑從16mm到40mm不等，混凝土總量約1.2萬方，立面分11層，22次澆筑完畢。

在低壓泵房豎井的施工過程中，綜合采用了各種工程措施，有效地控制了混凝土裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量符合監(jiān)理規(guī)范標(biāo)準。

1裂縫出現(xiàn)的機理及分類

在建筑工程中，裂縫的產(chǎn)生原因有兩種情況：

(1)荷載變化引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力發(fā)生變化，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力小于外荷載所引起的效應(yīng)時所發(fā)生的裂縫。

(2)變形變化，包括溫度、濕度、收縮、地基變形、膨脹變化等。

大體積混凝土的裂縫屬于第二種原因中的第1到第3種情況。由于構(gòu)件澆筑后，在混凝土的硬化過程中，水泥漿散發(fā)出的大量水化熱會引起混凝土內(nèi)部溫度及其應(yīng)力的變化，即由于水化熱的作用形成內(nèi)外溫差引起混凝土構(gòu)件內(nèi)外體積變化而出現(xiàn)裂縫。所以我們應(yīng)嚴格控制施工方法、加強混凝土的養(yǎng)護、滲入添加劑等措施來控制其裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。因此在大體積混凝土施工過程中嚴格控制骨料選用、添加劑使用、施工順序及工藝、混凝土養(yǎng)護、內(nèi)外溫差等措施是防止和有效地控制裂縫的關(guān)鍵所在。

2裂縫控制的材料措施

(1)采用符合當(dāng)?shù)匾?guī)范SANS 50197-1的CEM I，42.5N水泥，另外添加符合當(dāng)?shù)匾?guī)范SANS 1491標(biāo)準的粉煤灰一起使用，降低水化溫度；

(2)水泥用量的控制，CEMI，42.5N水泥用量不宜超過400kg/m3， 如果添加粉煤灰，水泥混合物的總用量不宜超過450kg/m3；

(3)25MPa混凝土水灰比不大于0.55，30MPa混凝土水灰比不大于0.5。砂率在45%到50%之間。另外攪拌混凝土用水應(yīng)用能引用的符合當(dāng)?shù)貥?biāo)準BS3148的自來水或者清潔的天然水；

(4)對混凝土骨料要求：對于粗骨料的選擇，在大體積混凝土施工中，要根據(jù)配筋的間距選擇粗骨料的最大粒徑。在施工條件允許的條件下，盡量選擇選用粒徑較大，級配較好的石子。因為大粒徑的石子，在拌合時，可減少用水量，使混凝土的收縮也會隨之減少；此外還可減少水泥的用量，從而降低了水化熱。但是碎石的最大粒徑不超過38mm，吸水率不大于2.5%。對細骨料的選擇，在拌合混凝土的時候，應(yīng)盡量選擇中砂，因為這樣可以減少用水量和水泥用量，從而可以減少混凝土的收縮和降低水化熱。但是要控制砂、石的含泥量，因為含泥量過多，不僅會增加混凝土的收縮，也會降低混凝土的強度。因此要求砂、石清洗干凈，控制細骨料的含泥量不超過2%。

南非瓦爾河水壩擴建項目中，低壓泵房豎井的大體積混凝土采用70%的CEM I，42.5N硅酸鹽水泥和30%的粉煤灰拌合使用的方法。25MPa混凝土的水泥用量為225kg，粉煤灰的用量為95kg。水灰比為0.55，砂率為47.8%；30MPa混凝土的水泥用量為246kg，粉煤灰的用量為106kg，水灰比為0.5，砂率為47.1%，使用符合當(dāng)?shù)匾?guī)范標(biāo)準的瓦爾河河水進行拌合。粗骨料采用碎石，粒徑5-19mm的連續(xù)級配，細骨料采用中砂，碎石石粉（81%）+細河砂（19%），含泥量不大于2%，細度模量為2.86。根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)范BS1881進行混凝土配比的干縮試驗后，其結(jié)果不超過0.05%，滿足規(guī)范要求。

3裂縫控制的外加劑措施

目前添加劑的使用主要分為減水劑、緩凝劑和膨脹劑3類。混凝土中加入減水劑，不僅可以使混凝土工作性能有所改變，同時又可以減少水泥的用量及攪拌用水的用量，從而達到降低其水化熱的作用。

低壓泵房豎井的大體積混凝土采用Sika公司的Ogemna101減水劑，用量為混凝土每立方米添加1.6L。試驗表明，25MPa混凝土配比中，水泥用量由最初的243kg降至最終的225kg，30MPa混凝土配比中，水泥用量由最初的268kg降至最終的246kg。在水灰比不變的情況下，減水劑有效的降低了水泥用量，降低了水化熱峰值，對混凝土收縮有補償功能，大大提高了混凝土的抗裂性。

4裂縫控制的過程控制

4.1 控制混凝土的出機溫度

為減小大體積混凝土總體的溫度，控制混凝土的出機溫度是很有必要的。其出機溫度是根據(jù)攪拌前原材料總熱量與攪拌后混凝土總熱量相等而得出的。

混凝土中的砂、石比熱較小，但用量較大，所以對溫度的影響較大；水的比熱雖大，但是用量較小，所以對溫度的影響較小。控制混凝土的出機溫度，防止太陽直射很重要。項目部將存儲水泥和粉煤灰的罐體涂成了白色，試驗證明，罐體涂成白色后，其表面溫度至少比其他顏色降低了2-3度。另外，在澆筑大體積混凝土的前一天，用冷水淋濕骨料以達到降溫的目的。混凝土拌和工廠有配套的冷卻設(shè)備，用于冷卻從瓦爾河中抽取的湖水，同時在溫度較高的夏季和秋季，在澆筑大體積混凝土的當(dāng)天，在蓄水池內(nèi)加冰，用來降低拌合用水的溫度。控制混凝土澆筑時的溫度即出機后，經(jīng)過運送、卸料、泵送、澆筑振搗等工序后的溫度，即為澆筑溫度。南非瓦爾河水壩擴建項目中，規(guī)范中規(guī)定:混凝土的入模溫度不得超過26°，后經(jīng)過項目部考慮現(xiàn)場條件，向監(jiān)理工程師寫信申請將混凝土入模溫度提高到29°。經(jīng)過上述措施，現(xiàn)場拌合的混凝土溫度基本上符合規(guī)范規(guī)定的要求。

4.2 混凝土攪拌

項目部在現(xiàn)場建設(shè)兩個混凝土拌合工廠，每個工廠的混凝土生產(chǎn)量約為每小時25m3左右。混凝土工廠距離施工地點約為400m，混凝土拌合后，用攪拌車運至現(xiàn)場，再由泵車送至澆筑部位入模。攪拌工廠采用強制性攪拌方式，攪拌一盤混凝土方量約為0.7m3。加料順序為：先將粗骨料、細骨料稱重后運送到攪拌室中拌均，然后將水和水泥、粉煤灰和添加劑加入攪拌約45秒，最后在攪拌車內(nèi)總體拌合3分鐘成型。計量精度每盤控制，計量控制在：水泥和粉煤灰±1%，水和添加劑±1%，粗骨料和細骨料±2%。攪拌符合機械說明書的時間，每車攪拌車方量為4.9m3，每車出廠和澆筑之前均監(jiān)測塌落度，保證不超過120mm。如果發(fā)現(xiàn)混凝土塌落度過大，由拌和工廠的技術(shù)人員及時調(diào)整。

4.3 混凝土的場內(nèi)運輸和布料

低壓泵房豎井大體積混凝土澆筑時，采用1臺34m和1臺42m的汽車泵輸送混凝土入