大體積混凝土抗裂技術在水利工程施工中的應用

河南新黃水電工程有限公司 張瑞芳 魏武強

大體積混凝土抗裂技術在水利工程施工中的應用

河南新黃水電工程有限公司 張瑞芳 魏武強

在水利工程中，大體積混凝土結構界面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小。但是，對于大體積混凝土結構來說，水泥在水化反應中產生的熱量很大，使得結構內部產生很大的溫度應力和收縮應力；在一定條件下會使大體積混凝土結構從內部產生裂縫。本文，筆者主要分析了水利工程中大體積混凝土結構產生裂縫的原因，并提出了相應的控制措施，以確保大體積混凝土水工建筑物的施工質量。

一、水利工程中大體積混凝土裂縫成因分析

1.收縮裂縫。混凝土結構（特別是大體積混凝土結構）在散熱和硬化過程中會產生巨大的收縮應力，當收縮應力超過當時混凝土的極限抗拉強度時，混凝土結構就會產生裂縫。對于大體積混凝土水工建筑物來說，在大體積混凝土中，即使水灰比、自身收縮量值不大，但與溫度收縮疊加到一起時，就會產生很大的應力。因此，在施工過程中應將自身收縮作為一項性能指標進行測定，便于將收縮應力控制在合適范圍內。

2.溫差裂縫。大體積混凝土結構一次性整體澆筑后，水泥水化產生的熱量聚集在結構內部，不易散發，使得內部溫度顯著升高，并產生壓應力；而結構表面卻散熱較快，會產生拉應力，同時也形成較大的溫度差。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土內部的極限抗拉強度時，就會在混凝土表面產生裂縫。

3.安定性裂縫。安定性裂縫是指因水泥安定性不合格而引起的裂縫，主要表現為龜裂。

二、裂縫控制措施

1.收縮裂縫控制措施。為防止收縮裂縫，在混凝土配置過程中應選用合適的水泥、骨料、摻和料和外加劑，并合理確定水灰比，保證混凝土施工質量。

（1）水泥。水泥供應品種不宜過多過雜，將水泥送入工地后應嚴格檢驗，并進行混凝土試驗。大壩混凝土應選用低發熱量、低含堿期、高強度、塑性性能好、初凝期長的特制水泥。

（2）水泥用量及水灰比。在混凝土配制時，盡量減少水泥用量及單位用水量，但又不能失掉水泥的流動性、黏聚性和保水性，以免配制出的混凝土不合格，不能澆筑。

（3）骨料、砂石。通常，骨料在大體積混凝土中所占的的比例為混凝土絕對體積的80%～83%，在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。為提高混凝土的工作性、密實性、耐久性和抗裂性，砂石選擇在滿足骨料要求的條件下，還應當適當放寬石粉或細粉含量。研究表明，砂子中石粉最適宜比例為15%～18%。

（4）摻和料。為保證混凝土的強度和壽命，水泥摻和料應當采用經過試驗的、符合要求的活性材料。粉煤灰細度與水泥顆粒相當，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，摻用粉煤灰主要是為了提高體改混凝土的抗裂性能。

（5）外加劑。外加劑是混凝土向高性能化發展的不可或缺的重要組成部分，可以提高硬化混凝土的力學、熱學性能，改善新拌混凝土的工作度。

2.溫差裂縫控制措施。既要考慮混凝土配置上的因素，又要重視施工技術。主要控制措施如下。

（1）降低澆筑速度、減小澆筑層厚度。大體積混凝土結構有全面分層、分段分層和斜面分層3種，在施工中應根據結構物的具體尺寸、搗實方法和混凝土供應能力等實際情況，選擇合適的澆筑方案。

（2）加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。為確保混凝土拌和物獲得最大的密實度和均勻性，混凝土澆筑入模后應立即進行充分地振搗，體積較大的混凝土可以采用兩次振搗技術。

（3）采用綜合措施，控制混凝土初始溫度。為控制混凝土的初始溫度，應限制混凝土拌和物的出料口溫度；在壩體混凝土內預埋冷水管，進行一、二期通水冷卻。

（4）拆模時間的控制。混凝土的現場試塊強度應滿足設計要求（通常不低于C5），混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度下降不應超過15℃。

3.安定性裂縫控制措施。混凝土配料時應嚴格檢查其成分，避免因水泥安定性不合格導致構件產生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質量事故。

三、混凝土的補強處理

在采用上述措施處理之后，有些裂縫仍無法消除，那么在需要的情況下就可以進行補強處理。

1.灌漿處理。補強灌漿是處理混凝土裂縫的有效措施。灌漿孔布置采用逐步加密的方法，即在需要補強灌漿的混凝土上鉆孔灌漿。

2.結構補強。當混凝土大壩出現嚴重質量問題時，應當結合結構處理。常用的結構補強措施有兩種，一種是小豐滿補強時所采用的鋼筋錨栓，另一種是在壩體達到穩定以后，沿裂縫面挖槽，槽寬1 m左右，并在兩面鑿成鍵槽形狀，然后回填質量優良的混凝土，這種處理措施是最有效的。

3.挖除后重新回填。當部位裂縫、澆筑事故、混凝土強度不足等情況發生時，而采用一般水泥灌漿很難收到預期效果甚至采取結構補強措施也難以做到完全有效時，應該考慮挖除后重新回填。

綜上，在水利工程施工中，嚴格控制混凝土施工過程，混凝土選料、配置及施工過程應遵循相關的規范，確保混凝土水工建筑物的施工質量。