墩墻混凝土溫度裂縫分析及控制方法

摘?要：裂縫產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜、原材料質(zhì)量變化大、施工環(huán)境復(fù)雜、施工養(yǎng)護(hù)不到位，上述技術(shù)措施并不一定能有效地控制墩墻裂縫，大量的墩墻結(jié)構(gòu)仍然出現(xiàn)溫度裂縫，有的結(jié)構(gòu)裂縫還比較嚴(yán)重。如果在墩墻根部澆筑一層延性緩凝混凝土，其凝結(jié)時(shí)間遲于墩墻上部的普通混凝土36～60h，待上部混凝土已經(jīng)凝結(jié)硬化、完成大部分收縮變形后，墩墻根部的延性混凝土才開始凝結(jié)硬化，這就減輕了底板對(duì)墩墻溫度變形的約束，降低墩墻溫度應(yīng)力，從而減少墩墻裂縫產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：溫度裂縫;溫度變形;延性混凝土;凝結(jié)硬化

一、背景技術(shù)

目前，建設(shè)工程、水利工程、交通工程、水運(yùn)工程、鐵路工程等領(lǐng)域的鋼筋混凝土建筑物中墩墻開裂問題特別突出，帶有普遍性，是一種常見施工質(zhì)量缺陷和通病。

墩墻混凝土溫度裂縫降低了結(jié)構(gòu)整體性，有害介質(zhì)可以通過裂縫向混凝土內(nèi)部滲透擴(kuò)散，造成混凝土腐蝕或鋼筋銹蝕時(shí)間提前，降低了結(jié)構(gòu)使用年限，還嚴(yán)重影響建筑物外觀質(zhì)量，給人造成一種不安全感。

因裂縫產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜、原材料質(zhì)量變化大、施工環(huán)境復(fù)雜、施工養(yǎng)護(hù)不到位，工程上一般采取的技術(shù)措施包括設(shè)置抗裂鋼筋，設(shè)置加強(qiáng)帶、后澆帶，減少一次澆筑的結(jié)構(gòu)尺寸，降低水泥用量，使用礦物摻合料、抗裂纖維、膨脹劑，降低混凝土入倉(cāng)溫度，通水冷卻，保溫保濕養(yǎng)護(hù)等并不一定能有效地控制墩墻裂縫，大量的墩墻結(jié)構(gòu)仍然出現(xiàn)溫度裂縫，有的結(jié)構(gòu)裂縫還比較嚴(yán)重。如果在墩墻根部澆筑一層延性緩凝混凝土，其凝結(jié)時(shí)間遲于墩墻上部的普通混凝土36～60h，待上部混凝土已經(jīng)凝結(jié)硬化、完成大部分收縮變形后，墩墻根部的延性混凝土才開始凝結(jié)硬化，這就減輕了底板對(duì)墩墻溫度變形的約束，降低墩墻溫度應(yīng)力，從而減少墩墻裂縫產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

二、技術(shù)方案

針對(duì)混凝土防止溫度裂縫現(xiàn)有技術(shù)措施的缺陷和需求，提出一種防止墩墻混凝土溫度裂縫的施工方法。

先進(jìn)行墩墻模板安裝，然后在墩墻根部澆筑初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土形成過渡層，再在過渡層上繼續(xù)澆筑普通混凝土。

（1）初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土的制備方法是：先將細(xì)骨料、橡膠細(xì)顆粒、粗骨料和纖維拌和10～30秒，然后再加入水泥、粉煤灰、礦渣粉、增強(qiáng)密實(shí)劑、氧化鎂膨脹劑和第一份拌和用水，再拌和10～30秒后，投入第二份拌和用水、減水劑、引氣劑和緩凝劑，再拌和均勻，即得;

（2）水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)量占混凝土總質(zhì)量的400～480kg/m3;

（3）粉煤灰、礦渣粉、增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)量占水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)質(zhì)量的30%～50%;

（4）粉煤灰占水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)質(zhì)量的10%～20%;

（5）礦渣粉占水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)質(zhì)量的15%～20%;

（6）增強(qiáng)密實(shí)劑占水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)質(zhì)量的5%～10%;

（7）氧化鎂膨脹劑占水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑的合計(jì)質(zhì)量的3%～6%;

（8）水占水泥、粉煤灰、礦渣粉、增強(qiáng)密實(shí)劑和氧化鎂膨脹劑合計(jì)質(zhì)量的40%～48%;

（9）減水劑占水泥、粉煤灰、礦渣粉、增強(qiáng)密實(shí)劑合計(jì)質(zhì)量的0.8%～1.6%，所述減水劑為聚羧酸高性能減水劑，減水率為25%～30%;

（10）引氣劑占水泥、粉煤灰、礦渣粉和增強(qiáng)密實(shí)劑合計(jì)質(zhì)量的0.03%～0.06%;

（11）緩凝劑占水泥、粉煤灰、礦渣粉、增強(qiáng)密實(shí)劑合計(jì)質(zhì)量的0.8%～1.8%;

（12）橡膠細(xì)顆粒占細(xì)骨料和橡膠細(xì)顆粒合計(jì)質(zhì)量的3%～6%;

（13）細(xì)骨料和橡膠細(xì)顆粒質(zhì)量之和占細(xì)骨料、橡膠細(xì)顆粒和粗骨料合計(jì)質(zhì)量的36%～45%;

（14）纖維占混凝土總量的2.0～4.0kg/m3;

（15）第一份拌和用水與第二份拌和用水的質(zhì)量比為30～50∶70～50。

以上初凝時(shí)間為48～72h延性緩凝細(xì)石混凝土的初凝時(shí)間測(cè)試，是指依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL?352—2006）在養(yǎng)護(hù)溫度為17℃～23℃時(shí)測(cè)試的數(shù)據(jù)。

采用了以上特殊的初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土的制備方法，并將此用于墩墻根部混凝土澆筑，本發(fā)明可改善底板與墩墻之間的約束條件，減輕底板對(duì)墩墻溫度變形的約束，降低墩墻溫度應(yīng)力，可以減少墩墻裂縫產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，還能解決墩墻與底板結(jié)合面常規(guī)施工易產(chǎn)生爛根等施工缺陷通病。

進(jìn)一步，所述過渡層高度為15～30cm。過渡層初凝時(shí)間較根部以上的普通混凝土延長(zhǎng)36～60h，墩墻根部以上的普通混凝土硬化后早期收縮變形完成大部分后，根部延性緩凝細(xì)石混凝土才開始凝結(jié)硬化，從而可以減輕早期底板對(duì)墩墻溫度變形的約束，降低墩墻溫度應(yīng)力，減少墩墻裂縫產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。為了防止入倉(cāng)的初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土發(fā)生離析，在墩墻根部澆筑所述初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土之前，于墩墻模板內(nèi)腔中設(shè)置垂直方向?qū)Ч埽瑢?dǎo)管的出料口至底板表面的距離為0.8～1.0m，水平間距6～10m，然后通過所述導(dǎo)管輸送初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土進(jìn)入模板內(nèi)腔中，并采用中頻振搗棒振實(shí)，振搗棒的振頻不高于6000次/min。

三、具體實(shí)施方式

（一）工程目標(biāo)

某水閘工程為內(nèi)河一般環(huán)境水工建筑物，9孔，單孔凈寬10m，分3塊底板，每塊底板上有4只閘墩。閘墩長(zhǎng)度為25m，高度為12m，中墩厚度為1.8m，邊墩和縫墩厚度為12m。底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30、抗?jié)B等級(jí)W6，閘墩混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗凍等級(jí)F50，抗?jié)B等級(jí)W6。

為防止閘墩施工過程中產(chǎn)生溫度裂縫，在澆筑閘墩時(shí)，先在閘墩根部澆筑一層厚度為20cm的延性超緩凝細(xì)石混凝土過渡層，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，初凝時(shí)間為70h，抗凍性能達(dá)到F50要求，抗?jié)B等級(jí)達(dá)到W6的要求;同時(shí)還根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取通水冷卻等技術(shù)措施。

（二）混凝土的制備

1.原料配備

（1）水泥。強(qiáng)度等級(jí)為《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）標(biāo)準(zhǔn)中42.5普通硅酸鹽水泥。水泥的比表面積330m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.2%。

（2）粗骨料。粗骨料1為公稱粒級(jí)5～16mm、級(jí)配連續(xù)、潔凈的碎石，泥含量0.36wt%，無泥塊含量，針片狀顆粒含量5.5wt%，壓碎值為7.2%，吸水率0.8%。

粗骨料2為公稱粒級(jí)16～31.5mm、潔凈的碎石，泥含量0.40wt%，無泥塊含量，針片狀顆粒含量6.5wt%，壓碎值為7.8%，吸水率0.6%。

（3）細(xì)骨料。采用細(xì)度模數(shù)為2.56的長(zhǎng)江中砂，泥含量0.72wt%，無泥塊含量，云母含量0.45wt%。

（4）粉煤灰。符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T?1596—2017）規(guī)定的F類Ⅱ級(jí)粉煤灰，燒失量1.6%。

（5）礦渣粉。《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T?18046—2017）標(biāo)準(zhǔn)中S95粒化高爐礦渣粉，比表面積395m2/kg。

（6）增強(qiáng)密實(shí)劑。采用超細(xì)礦渣粉，比表面積為960m2/kg。

（7）減水劑。為聚羧酸高性能減水劑，摻量為混凝土中膠凝材料總量的1.5%時(shí)減水率為30%。

（8）緩凝劑。摻量為混凝土中膠凝材料總量的0.8%～1.6%。

（9）引氣劑。摻量為混凝土中膠凝材料總量的0.3%～0.6%。

（10）橡膠細(xì)顆粒。細(xì)度為50目。

（11）抗裂纖維。人工合成的聚丙烯纖維，符合《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》（GB/T?21120—2018）標(biāo)準(zhǔn)中聚丙烯纖維要求，斷裂強(qiáng)度≥500MPa，初始模量≥5×103MPa，斷面伸長(zhǎng)率≥30%。

（12）氧化鎂膨脹劑。《混凝土用氧化鎂膨脹劑》（CBMF?19—2017）標(biāo)準(zhǔn)中中速型混凝土用氧化鎂膨脹劑。

（13）用自來水拌和。

2.原材料稱量

（1）配合比1：分別稱取280kg水泥、70kg粉煤灰、70kg礦渣粉、30kg超細(xì)礦渣粉、688kg細(xì)骨料、30kg橡膠細(xì)顆粒、1002kg粗骨料1、5.4kg聚羧酸高性能減水劑、2.25kg引氣劑、5.4kg緩凝劑、190kg自來水、22kg氧化鎂膨脹劑、2.0kg聚丙烯纖維，作為閘墩根部延性超緩凝細(xì)石混凝土。

（2）配合比2：分別稱取210kg水泥、75kg粉煤灰、75kg礦渣粉、793kg細(xì)骨料、329kg粗骨料1、767kg粗骨料2、38kg聚羧酸高性能減水劑、1.08kg引氣劑、145kg自來水、1.0kg聚丙烯纖維，作為根部以上普通混凝土。

3.拌和

采用雙臥軸強(qiáng)制式拌和機(jī)拌和。

（1）拌和閘墩根部延性超緩凝細(xì)石混凝土：采用以上配合比1料，先在拌和機(jī)中投入細(xì)骨料、橡膠細(xì)顆粒、粗骨料1、纖維，拌和30秒;再向拌和機(jī)中投入水泥、粉煤灰、礦渣粉、超細(xì)礦渣粉、氧化鎂膨脹劑和拌和用水的40%，拌和30秒;最后投入拌合用水的60%、減水劑、引氣劑和緩凝劑，拌和90秒，形成閘墩根部延性超緩凝細(xì)石混凝土。

經(jīng)檢測(cè)，形成的混凝土的坍落度為160mm，含氣量為3.3%。

可將其用于本工程中。

（2）拌和閘墩根部以上的普通混凝土：采用以上配合比2，在拌和機(jī)中投入水泥、粉煤灰、礦渣粉、細(xì)骨料、粗骨料1、粗骨料2、水、減水劑、引氣劑和纖維，拌和60秒，形成普通混凝土。

經(jīng)檢測(cè)，形成的混凝土的坍落度為170mm，含氣量為3.1%。

可將其用于本工程中。

（三）施工

鋼筋安裝、模板安裝、與底板結(jié)合面處理、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)除應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范（SL?677—2014）》以及設(shè)計(jì)文件的規(guī)定以外，還必須注意以下操作要點(diǎn)。

1.立模

墩墻根部模板的立向面板與墩墻根部以上模板的立向面板采用膠合板，模板對(duì)拉螺桿采用可拆卸組合式（帶止水）對(duì)銷螺栓，直徑為16mm，垂直方向間距為0.6m，水平方向間距為0.6m。模板與混凝土接觸面使用水性脫模劑，膠合板之間的縫隙采用厚度為2.5mm的雙面膠帶堵塞。

2.澆筑

閘墩鋼筋和模板安裝完成，閘室底板頂面與閘墩結(jié)合面鑿毛、清理干凈，澆筑前在結(jié)合面灑水濕潤(rùn)，并清除表面積水，進(jìn)入澆筑階段。

澆筑前在閘墩模板內(nèi)腔中設(shè)置導(dǎo)管，導(dǎo)管的出料口至閘室底板頂面間的距離控制在0.8～1.0m。

采用混凝土泵車將混凝土輸送入倉(cāng)，根部延性超緩凝細(xì)石混凝土形成的過渡層厚度控制在20cm左右，人工攤平混凝土，采用振頻為5000～6000次/min的振搗棒振實(shí)。

閘墩根部延性超緩凝細(xì)石混凝土澆筑完成后，繼續(xù)在形成的過渡層上澆筑普通混凝土，采用混凝土泵車將普通混凝土輸送入倉(cāng)，每層澆筑厚度為50～60cm，普通混凝土澆筑速度控制在0.5～0.7m/h。

3.養(yǎng)護(hù)、模板拆除

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，閘墩采用冷卻水管通水冷卻10天。

（1）閘墩混凝土澆筑后日平均氣溫在10℃以上時(shí)，自混凝土澆筑完成后第5天開始松開自底板向上第三排及以上的模板對(duì)拉螺桿，每天11時(shí)從閘墩頂部補(bǔ)充養(yǎng)護(hù)水1次。第8天開始拆除底板到閘墩頂部的垂直方向圍囹和根部以上模板，同時(shí)設(shè)置噴霧裝置，朝結(jié)構(gòu)混凝土表面方向進(jìn)行噴霧，噴霧養(yǎng)護(hù)時(shí)間21天;第12天拆除閘墩根部模板。

（2）混凝土澆筑后日平均氣溫在5～10℃時(shí)，第10天開始拆除底板到閘墩頂部的垂直方向圍囹和根部以上模板，第15天測(cè)試延性超緩凝細(xì)石混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度為24.2MPa，第16天開始拆除根部模板面板和單獨(dú)設(shè)置的垂直方向圍囹。在澆筑初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土的同時(shí)，制作延性超緩凝細(xì)石混凝土同條件養(yǎng)護(hù)試件;當(dāng)所述同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度大于10MPa，且混凝土帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于14天時(shí)，拆除根部模板，根部模板拆模后保持過渡層連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28天。

（3）當(dāng)澆筑初凝時(shí)間為48～72h延性超緩凝細(xì)石混凝土后日平均氣溫≤5℃時(shí)，在帶模養(yǎng)護(hù)期間同時(shí)采取包裹或覆蓋的保溫養(yǎng)護(hù)措施，帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于21天，根部模板拆模后保持過渡層連續(xù)保溫和保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于42天。

模板支架垂直方向圍囹拆除時(shí)，不應(yīng)同時(shí)或提前松動(dòng)安裝在單獨(dú)設(shè)置的根部垂直方向圍囹上的對(duì)拉螺桿，保持單獨(dú)設(shè)置的根部垂直方向圍囹和模板面板對(duì)延性混凝土過渡層的固定支撐。

拆模后在閘墩根部延性超緩凝細(xì)石混凝土表面覆蓋塑料薄膜，再在其外側(cè)堆疊編織袋袋裝土;袋裝土的高度0.6m，寬度不少于0.7m，根部延性超緩凝細(xì)石混凝土過渡層連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于30天。

（四）施工質(zhì)量驗(yàn)收效果

（1）閘墩根部延性超緩凝細(xì)石混凝土：初凝時(shí)間為65.4小時(shí);28天混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度為34.8MPa，在等效養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到600℃·d時(shí)結(jié)構(gòu)混凝土回彈強(qiáng)度推定值為33.6MPa;抗凍性能達(dá)到F50要求;抗?jié)B等級(jí)達(dá)到W6的要求。

（2）閘墩根部以上的普通混凝土：初凝時(shí)間為13.2h;28天混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件共檢驗(yàn)24組，抗壓強(qiáng)度平均值為36.3MPa，均方差2.41MPa，在等效養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到600℃·d時(shí)結(jié)構(gòu)混凝土回彈強(qiáng)度推定值為36.8MPa;抗凍性能達(dá)到F50要求;抗?jié)B等級(jí)達(dá)到W6的要求。

（3）閘墩混凝土未產(chǎn)生溫度裂縫。

參考文獻(xiàn)：

[1]司金龍，曲雅楠，嚴(yán)甜，王玉曉.混凝土建筑物的裂縫分析及其控制[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2021（21）：149151.

[2]李加順，劉麗.水利工程混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因及其防治措施[J].散裝水泥，2021（05）：9395+98.

[3]邱毓財(cái).關(guān)于大體積混凝土防裂技術(shù)措施的探究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2021（10）：34.

作者簡(jiǎn)介：徐全（1979—?），男，漢族，江蘇江陰人，本科，工程師，研究方向：水利水電工程管理。