淺談水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫裂縫的防治

[摘要]

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫是常見質(zhì)量通病?；炷翗?gòu)筑物裂縫分為荷載裂縫、非荷載裂縫兩種，而統(tǒng)計資料顯示出非荷載裂縫幾乎占全部混凝土構(gòu)筑物裂縫的八成左右，這種非荷載裂縫大部分是由于變形作用引起，這其中包括溫度變形（水泥水化熱、氣溫變化等）、收縮變形（塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮）以及地基不均勻沉降（膨脹）變形等。由于這些變形受到約束引起的應力超過了混凝土的抗拉強度，導致裂縫的發(fā)生。

水利工程閘室墻、閘首、閘墩（下文簡稱墩墻）常產(chǎn)生豎向裂縫，裂縫基本發(fā)生在墩墻長度的二分點、三分點，高度基本位于底板以上至墻高２/3以下,縫寬度一般在0.1∽0.3mm之間，基本為貫穿縫；寬度在0.05mm以下的裂縫往往不可視。溫度裂縫產(chǎn)生的主要原因是由于混凝土水泥用量大、水化熱高、墩墻厚度小、混凝土溫升快、降溫速率快，在混凝土降溫階段（3∽30d），由于內(nèi)部混凝土與表面混凝土之間溫差、混凝土收縮及兩者疊加而產(chǎn)生的水平拉應力，超過混凝土本身抗拉強度，因受到先期澆筑底板的約束，墩墻上產(chǎn)生豎向裂縫。水利工程鋼筋混凝土底板由于受基礎(chǔ)約束較小，在一定長度內(nèi)產(chǎn)生溫度裂縫問題較少。墩墻混凝土混凝土溫度裂縫控制可從五個方面考慮：①降低混凝土水化熱溫升、②降低混凝土內(nèi)外溫差、③提高混凝土抗裂性、④加強施工中混凝土溫度監(jiān)測、⑤加強混凝土養(yǎng)護?；炷翜囟攘芽p預防主要技術(shù)措施有：使用優(yōu)質(zhì)材料，在混凝土材料組成上盡量選擇有利于抗拉性能的混凝土配合比，優(yōu)選水膠比、減少坍落度，降低骨料含泥量及雜質(zhì)含量，重視水泥的性能的穩(wěn)定，降低混凝土入倉溫度、降低混凝土水化熱，在施工過程中采取保溫、保濕養(yǎng)護技術(shù)，控制混凝土溫差和降溫速度，摻入補償收縮劑、抗裂纖維等是解決溫度裂縫的重要措施之一?；炷翜囟仁湛s應力預測可采用有限元法、溫度應力計算公式，前者較為精確，但計算較復雜，一般工程技術(shù)人員計算困難，且混凝土隨機性較大，工程施工情況復雜多變，用于工程實際有一定的難度；王鐵夢院士提出的混凝土溫度應力計算公式計算方法簡單、能滿足工程精度，既可作為施工前混凝土溫度應力的預測，又可作為施工過程中根據(jù)實測溫度變化推算溫度應力以便及時采取措施防止產(chǎn)生溫度裂縫的一種手段，筆者簡要介紹九曲河樞紐閘站工程、江尖樞紐節(jié)制閘底板混凝土溫度應力計算實例。

混凝土裂縫處理有表面保護、粘貼玻璃纖維布、表層裂縫嵌填修補砂漿、壁可法裂縫灌漿、高壓灌注聚合物漿液，應根據(jù)裂縫性質(zhì)、裂縫寬度、環(huán)境條件等選擇有效的修補方法。

[關(guān)鍵詞]水工鋼筋混凝土溫度裂縫原因分析溫度應力計算溫度裂縫處理淺談施工階段水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的防控朱炳喜

1涵閘墩墻裂縫調(diào)查情況1.1老工程墩墻裂縫情況我們對本省數(shù)十座已使用20∽40年的涵閘病害進行檢測，部分涵閘的閘墩、翼墻、閘室墻、胸墻等結(jié)構(gòu)部位產(chǎn)生豎向裂縫，如過船港閘、燒香河閘、江都送水閘、老望虞河閘等閘的閘墩，馬甸翻水站、臨洪東站等泵站擋水墻，每節(jié)產(chǎn)生1∽3條豎向裂縫，裂縫位置基本在墩墻的中部，裂縫寬度一般在0.05∽0.35mm之間。1.2新建工程裂縫情況表1列舉了近年來新建的船閘的閘首、閘室墻及節(jié)制閘閘墩裂縫以及混凝土施工等有關(guān)情況。1.3裂縫特征裂縫主要位于墩墻的二分點、三分點及其附近，呈將墩墻分成二等分或三等分，裂縫走向基本為垂直縫，高度基本發(fā)生在墩墻底板以上、２/3墻高以下，每節(jié)墩墻以1∽3條裂縫居多，另外結(jié)構(gòu)削弱部位、形狀突變部位（門槽、孔、轉(zhuǎn)折）常發(fā)生裂縫，門洞裂縫大致位于圓弧最高處，方孔裂縫多發(fā)生于四角。1.4溫度收縮裂縫類型（1）一維約束船閘的閘首、閘室墻、翼墻與節(jié)制閘的閘墩，其底板或下部結(jié)構(gòu)先期澆筑，間隔一段時間后再澆筑墩墻，后澆筑混凝土受先澆筑的底板等約束，限制其自由變形而產(chǎn)生應力，后澆混凝土在一維約束情況下，常沿墩墻二分點、三分點、四分點附近在底板（或貼角）以上至墻高2/3以下產(chǎn)生1∽3條豎向裂縫，裂縫亦常貫穿。（2）多維約束的墩墻扶壁結(jié)構(gòu)、空箱結(jié)構(gòu)、泵站擋水墻（胸墻）等與隔墻十字交叉部位混凝土在底板等部位混凝土先期澆筑后再澆混凝土，后澆混凝土受底板約束類似于一維約束，扶壁間直立墻與空箱外墻類似于受兩邊約束，裂縫常出現(xiàn)在扶壁或隔墻附近直立墻的兩端、直立墻的中下部，或扶壁下部。（3）墩墻上應力集中部位斷面突變部位如門槽、墩墻上孔、洞、轉(zhuǎn)折等部位，由于溫度收縮受制約而應力集中，產(chǎn)生裂縫。有關(guān)工程墩墻裂縫以及混凝土施工情況統(tǒng)計表表1工程名稱裂縫部位是否貫穿裂縫位置縫寬(mm)設(shè)計強度混凝土配合比水泥用量坍落度(mm)發(fā)現(xiàn)時間澆筑方式1各節(jié)閘室墻是貼角以上至墻扃2/3以下，每節(jié)1∽3條0.1∽0.2C201:2.47:4.71:0.55摻ST1.5%2825020∽30d常規(guī)上、下閘首無C201:2.4:4.76:0.55摻ST1.5%28250常規(guī)隔水墩(31m長)是C20150拆模后及20∽30d泵送砼2閘室墻（4節(jié)）是0.15∽0.3C301:1.98:2.99:0.46摻ST2%380160約30d泵送砼3閘首是東墩1條，西墩2條，距底板0.25m，縫長2.6m0.2∽0.24C251:1.99:2.64:4.24摻ST1.5%130∽1803個月后泵送砼4上、下閘首空箱是0.1∽0.35常規(guī)5上、下閘首輸水廊道、輸水洞身是0.1∽0.3拆模后常規(guī)6閘室墻部分貫穿自底板向上至墻高2／3以下7~14d泵送砼永定河蘆溝橋攔河閘等31個閘墩中有28個產(chǎn)生是底板向上墩中點、三分點或四分點附近28d常規(guī)7上、下閘首門庫是0.2∽0.4C251:2.2:2.68:0.55365160泵送砼8船閘閘室墻、岸墩、節(jié)制閘岸墻是墩二分點附近，每節(jié)1－2條，自底板向上至墻高2／3以下0.2∽0.4C20常規(guī)9門庫側(cè)墻是200#7d拆模后常規(guī)閘室墻是有縫29條常規(guī)船閘10扶壁式閘室墻是在墻三分點處產(chǎn)生縫，縫距底板0.1m，長2-4mC20W/C＝0.53摻ST1.5%320160約30d，有兩塊在30h拆模后發(fā)現(xiàn)泵送砼船閘11閘室墻是扶筒壁處，在墻迎土面，自頂向下約4mC20

2、混凝土溫度應力理論計算2.1葉琳昌編《大體積混凝土施工》介紹大體積混凝土考慮兩個方向約縮時溫差應力計算公式：

Eα△Tσ=－Sh

(τ)×Rk

……………公式11－μ

式中：σ—混凝土溫度收縮應力E—混凝土彈性模量Sh—混凝土徐變松馳系數(shù)Rk—混凝土外約束系數(shù)α—混凝土線膨脹系數(shù)△T—總溫差，△T=Tj+2/3T(τ)+Tg(τ)

－TgTj—混凝土澆筑溫度，Ti—齡期I時水化熱絕熱溫升，Tg(τ)—混凝土收縮當量溫差（℃）Tg—混凝土澆筑達到穩(wěn)定的溫度。2.2王鐵夢在《混凝土裂縫控制》一書中研究一維約束墩墻溫度應力（

max）計算公式為：－E△T1

max＝(1-

)H(t,τ)

……公式2

1-μ

cosh5CxL

4E式中：Cx為水平剛度系數(shù)，H（t，

）為混凝土由于蠕變帶來的應力松馳系數(shù)，緩慢降溫為0.3，正常降溫為0.5，急劇降溫為0.8（含干燥）。3計算實例

3.1某閘室墻墻高7.5m，厚1.5m，長20m，中間（1/4∽3/4）長度內(nèi)配置水平鋼筋ф14@12.5cm，兩端1/4長度內(nèi)配置水平鋼筋ф14@25cm，八月份施工，C30泵送混凝土，水泥用量(P.O32.5)380Kg/m3,混凝土入倉溫度31.1℃,水化熱絕熱溫升62.2℃。若混凝土澆筑及拆模后掛草簾、塑料薄膜養(yǎng)護，估算混凝土最高溫升為62.2℃,28d中心溫度為33.9℃,混凝土收縮當量溫差為4.8℃，28d總降溫差為23.8℃,則

max=0.7MPa.

若混凝土澆筑后即露天養(yǎng)護，月平均最低氣溫為23.6℃,28d收縮當量溫差為6.8℃,28d總降溫差為32.5℃,則max=1.91MPa.

3.2江尖樞紐泵站底板溫度應力計算無錫城市防洪工程江尖水利樞紐節(jié)制閘底板38×26×2.5m，原設(shè)計預留2m寬后澆帶，由于施工復雜、且對工期有較大影響，施工方案討論時擬取消后澆帶，請河海大學通過有限元分析認為可以取消后澆帶，筆者采用溫度應力公式預測底板混凝土溫度應力認為可以取消后澆帶，實際施工過程中底板一次性澆筑施工，未產(chǎn)生溫度收縮裂縫，混凝土溫度應力計算結(jié)果如下?；炷敛捎蒙唐坊炷?，P.O32.5水泥用量335kg/m3，理論計算水化熱絕熱溫升55.4℃，混凝土2005年4中旬澆筑，計算混凝土澆筑溫度平均取15℃。

3.2.1按公式1預測混凝土溫度收縮應力①混凝土早期養(yǎng)護階段(15d)混凝土抗裂安全驗算月平均最低溫度為5℃△T=－15－2/3×54.8－5.63+5=52.18℃σ=1.90Mpa取C25混凝土15d平均抗壓強度為25Mpa，抗拉強度為2.0MPa，抗裂安全系數(shù)K=2.0÷1.9=1.05②1年期混凝土抗裂安全驗算△T=－15－2/3×55.4－10＋16=-45.95℃σ=1.87MPa

取C25混凝土1年期抗壓強度為35Mpa，混凝土拉/壓比為0.08，抗拉強度取35×0.08=2.8MPa,則抗裂安全系數(shù)K=2.8÷1.87=1.50＞1.153.2.2按公式2預測混凝土3個月溫度收縮應力總降溫差ΔT=澆筑溫度+水化熱溫升+收縮當量溫差-穩(wěn)定溫度=15+55.4×0.65+19.2－16=54.2℃σ=-Eα△T/(1-u)（1－1/coshβL/2）Hл=1.6Mpa。取混凝土3個月抗壓強度33Mpa、抗裂安全系數(shù)K=8%×33/1.6=1.65>1.15。

3.2.3某水利樞紐閘站工程節(jié)制閘閘墩長16m，邊墩厚1.8m、中墩厚1.4m、縫墩厚1.2m，抽水站站墩墩長27m，中墩厚1.0m、邊墩厚1.2m。抽水站進水流道墩、出水流道墩、電機層墩分三次澆筑。抽水站底板長度閘站底板、墩墻混凝土強度等級為C25，采用泵送混凝土，混凝土坍落度16∽18cm，砂細度模數(shù)2.5∽2.8，石子為2∽4cm、0.5∽2cm大小二級配，外加劑為木鈣。（1）抽水站底板混凝土溫度應力預測底板混凝土配合比中水泥用量335kg/m3，計算水化熱絕熱溫升55.4℃，混凝土澆筑溫度平均取22℃，

根據(jù)公式1計算底板混凝土受兩個方向約縮時6d、9d、28d最大溫差應力分別為0.91Mpa、1.26Mpa、1.70Mpa，相應的粉煤灰混凝土抗裂安全系數(shù)K分別為1.32、1.151、1.24，均大于1.15。同理可計算混凝土最大溫差應力（按90天齡期計）為2.1Mpa，抗裂安全系數(shù)K=1.17。②根據(jù)公式2預測底板3個月混凝土溫度應力總降溫差ΔT=澆筑溫度+水化熱溫升+收縮當量溫差-穩(wěn)定溫升=45.3+19.2－15=49.5℃σmax=－Eα△T（1－1/coshβL/2）H=-1.83Mpa?；炷?個月混凝土抗壓強度取35Mpa、K=7%×35/1.83=1.34>1.15。

③根據(jù)公式2進行底板混凝土28天分時段溫差應力計算表2為混凝土中心溫度、收縮當量溫差、彈性模量等計算結(jié)果。表3將混凝土28d劃分為6個時間段，計算各時間段內(nèi)混凝土溫差、彈模、總溫差、松馳系數(shù)等。從表3分時段計算結(jié)果可粗略看出，當混凝土處于升溫階段時，底板主要受壓，一般不會因溫度應力而出現(xiàn)貫穿性裂縫，但在這一階段，由于混凝土齡期較短，強度低，表面易出現(xiàn)塑性裂縫和干縮縫，因此需注意保濕養(yǎng)護。在降溫階段，混凝土產(chǎn)生拉應力，至28d底板產(chǎn)生的拉應力為1.28Mpa

需說明的是：上述分時段計算中的應力松馳系數(shù)是在較好養(yǎng)護條件下計算的，如混凝土養(yǎng)護條件一般，考慮溫差應力增加30%左右。

（2）閘站墩墻施工氣溫、混凝土水化熱溫升及裂縫出現(xiàn)時間等見表4，以出水流道為例計算混凝土7d溫度收縮應力實測墩中心最高水化熱溫度為66∽67℃，平均66.5℃，出現(xiàn)在混凝土澆筑后60h左右，經(jīng)計算混凝土7d收縮溫差2.7℃，大氣平均氣溫28℃，則溫度差△T=66.5+2.7-41.2=41.2℃。根據(jù)公式2，溫度應力σ=2.11Mpa。閘站主體結(jié)構(gòu)C25混凝土3d、7d、14d、28d、90d平均劈裂抗拉強度分別為1.25MPa、1.82MPa、2.23MPa、2.7MPa、4.1MPa。溫度應力7d溫度應力已超過混凝土抗拉強度，故混凝土產(chǎn)生溫度收縮裂縫?；炷林行臏囟鹊扔嬎憬Y(jié)果表2齡期（d）036912151828中心溫度（℃）2545.339.232.528.125.924.222彈性模量（×103，Mpa）6.8812.116.119.221.523.326.7Tyi（℃）1.222.433.494.585.636.679.88應力松馳系數(shù)10.570.5170.4750.4420.4110.3880.336底板分時間段溫度應力計算結(jié)果表3時間段編號ABCDEFG齡期(d)0∽33∽66∽99∽1212∽1515∽1818∽28各時段溫差△Ti20.3－6.1－6.7－4.4－2.2－1.7－2.2收縮當量溫差－1.22－1.21－1.06－1.09－1.05－1.04－3.21總溫差19.08－7.31－7.76－5.49－3.25－2.74－5.41應力松馳系數(shù)0.7850.5440.4960.4590.4270.40.362彈性模量6.88×1039.49×10314.1×10317.65×10320.35×10322.4×10325×103各時段溫差(Mpa)－0.530.280.320.230.1350.110.203某工程閘站墩墻施工觀測資料匯總表表4部位施工時間（日/月）粉煤灰用量kg/m3混凝土水泥用量kg/m3混凝土入倉溫度/℃墩中心混凝土最高溫度/℃裂縫發(fā)現(xiàn)時間/d節(jié)制閘中墩8/7—9/790袋裝水泥、散裝水泥32028-355816邊墩62縫墩60抽水站進水流道20/6-21/690袋裝水泥32031-335320出水流道22/8-23/860散裝水泥33530-31678電機層縫墩13/960散裝水泥33528-306412翼墻60散裝水泥3353017

3墩墻混凝土溫度裂縫產(chǎn)生原因分析圖1為墩墻混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的原因分析

4墩墻溫度應力控制措施墩墻混凝土混凝土溫度裂縫控制可從三個方面考慮：①降低混凝土水化熱溫升、②降低混凝土內(nèi)外溫差、③提高混凝土抗裂性、④加強施工中混凝土溫度監(jiān)測、⑤加強混凝土養(yǎng)護。防止混凝土溫度裂縫采取的主要技術(shù)措施有：使用優(yōu)質(zhì)材料，在混凝土材料組成上盡量選擇有利于抗拉性能的混凝土配合比，優(yōu)選水膠比、減少坍落度，降低骨料含泥量及雜質(zhì)含量，重視水泥性能的穩(wěn)定，降低混凝土入倉溫度、降低混凝土水化熱，在施工過程中采取保溫、保濕養(yǎng)護技術(shù)，控制混凝土溫差和降溫速度，摻入補償收縮劑、抗裂纖維等是解決溫度裂縫的重要措施之一。

4.1降低混凝土溫升是控制裂縫首要關(guān)鍵

4.1.1墩墻混凝土溫度組成中，水泥水化熱引起的溫升占主要因素，目前涵閘墩墻混凝土基本采用泵送工藝，混凝土坍落度一般在16∽18cm，為保證混凝土坍落度要求及Ｗ/Ｃ限值，混凝土水泥用量較大，Ｃ20、Ｃ25、Ｃ30混凝土水泥用量300∽380Kg/m3，混凝土水化熱勢必較高，絕熱溫升比水泥用量為280Kg/m3的混凝土高約8∽16℃，降低混凝土水化熱主要措施是積極推廣粉煤灰、礦渣粉等優(yōu)質(zhì)摻合料在水利工程中應用，如粉煤灰取代水泥率10%

20％，既節(jié)約水泥，降低混凝土成本510元／m3，又可降低混凝土絕熱溫升58℃，減少或不增加混凝土干縮，可提高混凝土的抗裂性，并可改善混凝土拌合物性能及硬化混凝土的耐久性。

應注意的是要通過加強養(yǎng)護，特別是早期養(yǎng)護，以減少粉煤灰混凝土的干縮變形、有利于混凝土強度的增長。水泥宜選用低熱水泥,水泥中C3A含量宜控制在6%以內(nèi)。墩墻澆筑后到使用期時間間隔較長，粉煤灰混凝土后期強度增長率較大，建議采用45d強度來代替28d強度。4.1.2降低混凝土澆筑入倉溫度

《水閘施工規(guī)范》中規(guī)定混凝土入倉溫度宜控制在28℃以下。設(shè)混凝土中水泥、石子、砂、水的用量分別為280kg/m3、1095kg/m3、825kg/m3和168kg/m3，石子、砂、水泥、水溫度每升高1℃，混凝土出機溫度分別升高0.34℃、0.26℃、0.09℃和0.31℃，即對混凝土出機溫度影響最大的是石子、水及砂，降低出機溫度最有效的辦法是降低石子的溫度，其次是砂和水的溫度，因此氣溫較高季節(jié)施工時應采取措施，降低骨料及拌合水的溫度，如避開高溫改夜間澆筑，或骨料予以遮蓋以避免陽光直射或輻射，用低溫水拌和，另外配料臺、拌和站、泵管等亦應遮蓋。散裝水泥有時溫度高達70

80℃，與30℃時相比，將使混凝土溫升提高3.64.5℃，施工時需引起重視。

散裝水泥一般溫度60∽70℃，炎熱夏季施工可能使水泥早期水化加快、混凝土拌和物坍落度損失加快、甚至產(chǎn)生假凝、影響泵送效果，導致施工不能正常進行。筆者試驗同一廠家水泥、相同配合比，將散裝水泥溫度冷卻至32℃時，混凝土拌和物坍落度為165mm，20min后損失30mm，當水泥溫度為67℃時，混凝土拌和物坍落度為100mm，20min后為50mm，已無法泵送。因此配合比設(shè)計時需考慮水泥溫度對混凝土坍落度的影響?！端せ炷潦┕ひ?guī)范》提出散裝水泥運至工地的入罐溫度不宜高于65℃，較高的散裝水泥溫度增加混凝土入倉溫度，水泥溫度每增加8℃，混凝土拌和物溫度提高1℃。計算將80℃的水泥溫度降至32℃，使混凝土拌和正常，C35混凝土水用量403，水用量197，正常拌和水溫度20，需將拌和水溫度降至0.36度。(水泥比熱0.84KJ/Kg℃,水為4.2，每方混凝土的水泥放出的熱量為403*0.84(80-32)=16248.96KJ,水需吸收的熱量為16348.96，需降溫16348.96/197*4.2=19.64。北京永定河蘆溝橋攔河閘和小清河分洪閘31個閘墩中僅2#墩未裂，系因為澆筑時適逢降溫天氣，氣溫降低12℃，相應混凝土入倉溫度低，墩中心最高溫度僅32℃，而其他墩澆筑時日平均氣溫27℃左右，墩中心溫度達5245℃，此例足見降低混凝土入模溫度的重要性。

4.1.3通冷卻水冷卻2控制混凝土溫降2.1適時拆?；炷敛鹉Ｐ杩紤]防裂要求，墩墻拆模時間一般3

5d，有的工程12d拆模，而此時正值水泥水化熱峰值期，過早拆模混凝土表面溫度散發(fā)較快，無保溫條件下拆模后0.52d混凝土表面溫度即與大氣溫度基本相同，混凝土表面溫度散發(fā)較快易形成很陡的溫度梯度，產(chǎn)生較大拉應力，而此時混凝土強度較低，易產(chǎn)生裂縫。拆模時混凝土強度應大于5MPa，較早拆模應有防止降溫梯度過大的措施，如掛草簾、覆蓋泡沫塑料板等保溫養(yǎng)護，氣溫驟降69℃應避免拆模。2.2保溫與緩慢降溫混凝土內(nèi)外溫差每相差1℃，3∽7d混凝土表面產(chǎn)生約0.025Mpa拉應力，墩墻厚度一般1∽1.5m，混凝土2∽3d即可達到最高溫度，而混凝土散熱期達30d?；炷翜厣?、降溫期因保溫不夠造成混凝土內(nèi)外溫差大是墩墻產(chǎn)生裂縫的重要原因。目前墩墻施工混凝土拆模后即露天養(yǎng)護，一般0.5∽2d混凝土表面溫度即可與大氣溫度相差無幾，由此造成混凝土溫降梯度大。如墩墻20m長，水泥用量340Kg/m3，6d混凝土內(nèi)部溫升為25.6℃，不同月份下和不同溫降條件下6d混凝土溫度應力計算結(jié)果見5，表5可見墩墻拆模后即露天養(yǎng)護，正常氣候變化條件下就極有可能產(chǎn)生裂縫，而采用保溫措施，提高混凝土表面溫度、降低溫降梯度，則可大大降低混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性。遇急劇降溫天氣，不采取保溫措施會產(chǎn)生裂縫，采取薄膜加草簾措施也會產(chǎn)生裂縫，需進一步采取保溫措施，以防產(chǎn)生裂縫。

采用鋼模施工的墩墻，因鋼的導熱系數(shù)為木模的250倍、混凝土的30倍、草袋的400倍且其厚度薄，故鋼?；緹o保溫作用，有的墩墻拆模后即發(fā)現(xiàn)有裂縫，系由于混凝土水化熱高，混凝土表面溫度接近大氣溫度，內(nèi)外溫差大，溫度應力大于混凝土抗拉強度所致。在混凝土散熱期，通過適當保溫，減少降溫速率和溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫，又可延長散熱時間，充分發(fā)揮混凝土潛力與松馳特性，防止產(chǎn)生裂縫。前述永定河閘31只墩僅2#墩未裂，由于該墩澆筑適逢天氣降溫后期，散熱期又逢氣溫回升又延緩了散熱過程。官廳水庫溢洪道閘墩拆除重建采用保溫措施防裂，兩例皆說明保溫與緩慢降溫的重要性。目前墩墻施工大部分采用鋼模板，其導熱系數(shù)大，基本無保溫作用。可視溫差情況混凝土澆筑后采取保溫措施。不同溫降條件下混凝土溫度應力計算結(jié)果表5澆筑時間砼當量溫差（℃）砼澆筑氣溫（℃）拆模后氣溫（℃）保溫措施△T（℃）H（t，τ）

max＊(MPa)備注七月1.826.9①23.8②無20.90.50.86薄膜加草簾14.30.30.3515.4③無26.50.81.74急劇天氣降溫薄膜加草簾0.50.82三月1.87.1①3.1②無21.50.50.88薄膜加草簾14.90.30.37-4.5③無26.60.81.75急劇天氣降溫薄膜加草簾20.00.50.82表注：1表中混凝土澆筑氣溫、拆模后氣溫摘自東臺市氣象資料，①、②分別為71

80年月平均氣溫、月平均最低氣溫；③為7180年月極端最低氣溫。

2混凝土表面覆蓋對散熱期混凝土最大溫差的影響，草包及草包加薄膜覆蓋下最大溫差與未覆蓋相比分別降低3.3℃和6.6℃。

3提高混凝土抗裂能力

3.1砂、石含泥量大，不僅增加混凝土收縮，又降低混凝土強度，對混凝土抗裂不利，因此粗細骨料含泥量應特別重視，因為含泥量的增加既增加混凝土收縮又降低混凝土強度，對抗裂特別不利。粗骨料和細骨料泥含量宜分別不大于0.5%和1.0%，石子中的石粉屬于泥含量的范疇，也應沖洗掉。顆粒級配對混凝土干縮有一定影響，粗骨料粒徑宜選用5

40mm連續(xù)級配，砂的細度模數(shù)宜大于2.4。3.2混凝土砂率與水灰比對收縮的影響泵送混凝土骨料粒徑較常規(guī)混凝土小1∽3cm，砂率較常規(guī)混凝土高8％∽12％，有的工程使用江砂，砂細度模數(shù)僅2.3左右，混凝土砂率取值較大，混凝土相同Ｗ/Ｃ下用水量較常規(guī)混凝土高30∽45kg/m3，由此造成相同強度等級下泵送混凝土較常規(guī)混凝土收縮大，這是泵送混凝土易裂的一個重要原因?；炷了冶葘κ湛s影響較大，資料（3）認為在７０％濕度條件下，２８d齡期混凝土水灰比每增加0.05，干縮率增加3.8

10-6，抗拉強度降低約0.2Mpa，假設(shè)Ｃ25泵送混凝土28d抗拉彈性模量為2.62104Mpa，則在完全約束狀態(tài)下混凝土收縮應力增加3.810-62.62

10-4=0.1Mpa，混凝土抗拉強度降低與干縮應力的增加兩者之和約0.3Mpa，因此施工中應嚴格控制混凝土配合比特別是水灰比。

3.3采用適宜外加劑

C20∽C30混凝土施工氣溫10℃以上宜選用緩凝型早強復合外加劑，以延緩水泥初、終凝時間，推遲水泥水化熱峰值，同時又可使混凝土具有較高的早期強度，從而提高混凝土早期抗裂能力。氣溫0

10℃以下宜選用早強型外加劑,0℃以下宜選用抗凍早強型外加劑。因外加劑可增加混凝土干縮率,80%以上的外加劑均增加了混凝土的干縮，外加劑選型中需注意選擇干縮率值相對較低的外加劑，大于10℃宜選用中等減水率緩凝早強型外加劑，氣溫低于5℃宜選用早強型外加劑。

3.4石灰?guī)r碎石線膨脹系數(shù)相對較小，用其拌制的混凝土彈性模量低，極限拉伸值相對較大，施工應優(yōu)先采用，石英巖碎石線膨脹系數(shù)相對較大，墩墻混凝土不宜使用。3.5加強混凝土保濕養(yǎng)護，降低混凝土干縮應力混凝土散熱期同時又是混凝土養(yǎng)護期，若養(yǎng)護不夠，特別是在炎熱的夏季，混凝土水份不斷散發(fā)，混凝土表層產(chǎn)生較大的干縮應力，同時混凝土抗拉強度和極限拉伸亦有較大降低，表6系根據(jù)資料（1）試驗得出的混凝土干縮率計算不同養(yǎng)護方式對混凝土干縮應力的影響。完全約束狀態(tài)下兩種養(yǎng)護方式混凝土干縮應力估算表6

養(yǎng)護方式W/C=0.55W/C=0.607d14d28d7d14d2828d濕度70%(較干燥)1.253.436.861.53.296.92濕度90%(潮濕)0.240.711.230.330.921.60

3.6適當設(shè)置水平筋，使用補償收縮混凝土、纖維混凝土以提高混凝土抗裂能力鋼筋彈模為混凝土彈模的7

15倍，當混凝土內(nèi)拉應力達到抗拉強度而發(fā)生裂縫時，鋼筋應力1030Mpa。配筋對混凝土極限位伸的影響，國內(nèi)外一直有爭議，但合理配筋可限制裂縫開展、減少裂縫寬度、細而密的鋼筋可提高混凝土抗裂性的觀點卻是一致的。設(shè)墩墻兩側(cè)面布置的14水平鋼筋間距由12.5cm增加到25cm，配筋率增加一倍在極限狀態(tài)下混凝土計算拉應力僅提高5.3%，在相同配筋率下鋼筋直徑降低極限拉伸下可承受的拉應力提高值相對越大，且配筋率越高、鋼筋越細拉應力提高值越高。建議采用適當配筋率并降低鋼筋直徑。

在墻高1/2以下采用補償收縮混凝土（改善混凝土收縮性能、補償混凝土全部或部分收縮），通過混凝土早期產(chǎn)生的膨脹能抵消混凝土的收縮能，達到防止混凝土裂縫的目的，在工民建工程中已得到較好的推廣應用，但要注意加強混凝土早期20d以內(nèi)的濕養(yǎng)護，因為膨脹劑只有在良好的濕養(yǎng)護條件下才能產(chǎn)生化學反應、產(chǎn)生硫鋁酸鹽微脹源，否則混凝土產(chǎn)生的收縮可能比不摻膨脹劑的普通混凝土更大。

混凝土中摻入聚丙烯纖維，可防止混凝土微裂縫的擴展，提高混凝土抗拉性能。九曲河樞紐套閘工程規(guī)模為12（16）×190×2.5m,上下閘首為空箱結(jié)構(gòu)，閘室分12節(jié)，每節(jié)長16m，采用分離式塢式結(jié)構(gòu)，導航墻為鋼筋混凝土扶壁結(jié)構(gòu)，混凝土約20000m3，混凝土設(shè)計強度等級C25，采用泵送施工工藝，為防止混凝土產(chǎn)生溫度收縮裂縫，在混凝土中復合摻入粉煤灰、PPF聚丙烯纖維、緩凝減水劑，取得較好效果?；炷僚浜媳纫姳?，混凝土加料順序同正常混凝土，拌和時間150s，所配制的混凝土粘聚性好，不產(chǎn)生分層、離析現(xiàn)象，混凝土泌水率比為98%，說明混凝土保水能力較強。摻入PPF聚丙烯纖維提高了混凝土的力學性能，特別是抗拉性能（見表8）。文獻[4]試驗認為摻入PPF聚丙烯纖維拌制的混凝土劈拉強度及極限拉伸值提高較多彈性模量較低，混凝土的變形能力較好，能阻止混凝土中非結(jié)構(gòu)性微裂縫的發(fā)展，從而提高混凝土早期的抗裂能力。原因在于PPF聚丙烯纖維高度分散于混凝土基體中，在混凝土產(chǎn)生裂紋源后，高度分散的纖維以及每條纖維表面、兩端的微纖可以在混凝土基體中充分發(fā)揮搭接作用和牽制作用，在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種亂向體系，起到次級加強筋的作用，從而有效抵制裂紋的進一步擴展。九曲河套閘工程混凝土配合比表7砼強度等級混凝土配合比（Kg/m3）坍落度(mm)擴展度(mm)水泥砂大石子小石子粉煤灰水PPF纖維NAF-3C25315738886221601890.82.5160～180360～380

序號檢驗項目檢驗結(jié)果未摻纖維摻纖維強度比128d抗壓強度/MPa32.733.6103%228d抗折強度/MPa3.94.2108%328d劈裂抗拉強度/MPa2.73.3122%4抗?jié)B性能（滲水高度）/mm11050滲水高度比45%5砂漿抗沖擊性能/Kjm-21.72.0提高率17.6%摻PPF聚丙烯纖維混凝土力學性能試驗結(jié)果表8

3.7適當降低墩墻長度，墩墻長度在20m以內(nèi)其溫度應力與長度基本成線性比例，適當降低墩墻長度有利于減少裂縫，如九曲河樞紐閘站下游分隔墩長35m,長度方向采用分二段澆筑，有的工程閘墩門槽采用后澆帶二次澆筑，均有效避免了裂縫的產(chǎn)生。

4.l加強混凝土施工、養(yǎng)護過程各個環(huán)節(jié)

4.1.1施工方案設(shè)計時宜提出溫控要求和溫控措施，忽視或不考慮溫降與收縮應力的影響，是墩墻產(chǎn)生裂縫的原因之一。

4.1.2混凝土施工需注意的幾個問題

（1）盡量減少墩墻與底板澆筑間隔時間，因為間隔時間越長，底板對墩墻約束作用越大，所產(chǎn)生的溫度應力相對越大。（2）加強混凝土計量，嚴格控制混凝土水灰比，加強砂石等材料含水率控制，控制混凝土坍落度，提高混凝土拌合物質(zhì)量與均勻性，降低混凝土離散。施工過程中需防止混凝土離析、振搗不實、過度振搗，采取必要措施防止沉降收縮裂縫產(chǎn)生。（3）加強養(yǎng)護，底板表面系數(shù)大，需防止產(chǎn)生塑性收縮裂縫，在混凝土終凝抹面后要及時覆蓋塑料布并補水養(yǎng)護。墩墻表面系數(shù)大，養(yǎng)護所需費用相對較大，需做好混凝土表面覆蓋養(yǎng)護，使綜合溫差降低，加強保濕養(yǎng)護。（4）采用后澆帶、預應力等措施解決溫度裂縫問題。

4.3確定溫度控制與溫度應力控制的雙重觀點，施工前進行混凝土配合比設(shè)計時測試混凝土抗拉強度（3d、7d、28d），確定允許溫差，并確定施工過程中需采取的技術(shù)措施。

施工過程中進行溫度監(jiān)測，混凝土中心與表面溫升曲線見圖2，溫控要求為在各階段混凝土表面溫度與中心溫度差△T≤20∽25℃，當實測溫差接近允許溫差時采取措施。

溫度中心溫度T2

表層溫度T1齡期（d）圖25.某節(jié)制閘工程溫度裂縫監(jiān)控某節(jié)制閘工程單塊底板尺寸37m×48.5m×2.5m，單塊底板砼方量為4700m3，閘墩尺寸37m×4.5m×6.5m，砼強度等級為C30。為防止混凝土產(chǎn)生溫度收縮裂縫，底板采取了設(shè)置膨脹加強帶、砼摻加UEA-B和聚丙烯抗裂纖維、增配抗裂鋼筋束，底板和閘墩采用通水冷卻降溫、混凝土保溫保濕養(yǎng)護，有效地解決了大體積砼容易出現(xiàn)裂縫的問題，經(jīng)現(xiàn)場檢測，底板和閘墩均未出現(xiàn)任何裂縫。混凝土配合比見表9強度等級42.5P.O水泥砂石（5~31.5）JM-Ⅲ水粉煤灰C3033272810905.2917575某工程混凝土配合比表95.1閘底板溫度裂縫控制與監(jiān)測在底板內(nèi)布設(shè)冷卻水管，沿底板厚度（2.5m）方向水管，上層布置3層冷卻距底板頂面90cm，底層冷卻水管距底面60cm，中層冷卻水管距上下兩層冷卻水管的中間且呈梅花形布置，水管走向為順水流向，管徑為50mm，壁厚為1.5mm。同一層水管間距按1.5m均勻布置，在同一層冷卻水管中，每16根支管用軟管并聯(lián)至Φ80母管，每塊底板總計布置95根冷卻水管，配6臺套5.5kw、Q=40m3/h潛水泵，保證各支管內(nèi)冷卻水滿流、管中流速不小于0.6m/s。底板澆筑完成后12小時開始接通循環(huán)冷卻水，混凝土表面采用覆蓋保溫養(yǎng)護，通過采取一系列技術(shù)措施，底板砼未產(chǎn)生裂縫。閘底板混凝土溫度變化見圖3

5.2閘墩溫度裂縫控制與監(jiān)控該工程縫墩厚4m，岸墩厚4.5m，高6.5m，長37m，單塊墩墻砼約800m3，砼強度等級C35，抗?jié)B等級W4，抗凍等級F50。采取預埋冷卻水管為主要手段的施工方法，結(jié)合其它溫控措施來實施閘墩的施工。閘墩砼澆筑在3月下旬～4月中旬，閘墩砼一次澆筑到頂，冷卻水管的布置方式，同一層冷卻水管沿閘墩厚度（4.5m）方向順著對敲螺絲布置并固定，其間距為60cm，垂直向計布置10排冷卻水管，排于排之間間距為60cm，每3-4排并聯(lián)后布置一個進出水口，其進出水口布置在閘墩上平面。

閘墩澆筑開始后即開始接通循環(huán)冷卻水?；炷翝仓笤谒矫嫔细采w塑料薄膜保濕，在薄膜上覆蓋一層土工布一層草包保溫蓄熱；立面模板外掛薄膜和草包，并隨著澆筑面的上升而同步懸掛，模板外保溫養(yǎng)護時間7d。拆模后及時采用噴養(yǎng)護劑養(yǎng)護，養(yǎng)護劑噴涂完成后，利用對銷螺栓懸掛雙層草包保溫。在覆蓋的薄膜內(nèi)灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間14天。

閘墩溫度監(jiān)控見圖47、混凝土溫度裂縫的處理溫度收縮裂縫，對結(jié)構(gòu)安全無影響，但裂縫可能對其內(nèi)部鋼筋產(chǎn)生銹蝕，在對溫度裂縫寬度進行觀測無變化后對裂縫進行修補，處理方法主要有：表面涂料保護、粘貼玻璃纖維布、表層裂縫嵌填修補砂漿、壁可法裂縫灌漿、高壓灌注聚合物漿液，應根據(jù)裂縫性質(zhì)、裂縫寬度、環(huán)境條件等選擇有效的修補方法。水上構(gòu)件縫寬大于0.15mm的裂縫采取壁可法、高壓灌注法等封閉灌漿的辦法處理；裂縫寬度0.1～0.05mm的裂縫可采用表面涂料保護、粘貼玻璃纖維布、表層裂縫嵌填修補砂漿、壁可法裂縫灌漿等方法修補。水下構(gòu)件的裂縫采用粘貼玻璃纖維布、表層裂縫嵌填修補砂漿、壁可法裂縫灌漿、高壓灌注法等方法修補。水變區(qū)構(gòu)件可采用高壓灌法處理。參考文獻

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5.國家建筑材料工業(yè)房建材料質(zhì)量檢驗測試中心，PPF聚丙烯纖維砼性能檢驗報告，2003年4月21日1．水泥質(zhì)量的均勻性、穩(wěn)定性及其對混凝土性能影響筆者統(tǒng)計2001~2003年8月應用于我省部分工程水泥質(zhì)量波動情況，水泥質(zhì)量波動較大且小型企業(yè)高于大中型企業(yè)，水泥強度合格率統(tǒng)計結(jié)果。筆者對常用的P.O32.5水泥統(tǒng)計，3d抗壓強度低于14MPa，其28d強度基本低于34MPa，大廠水泥3d強度>15MPa，一般28d強度大于36.5MPa，小廠3d強度>16.5MPa，一般28d強度大于36.5MPa，因此在混凝土配合比設(shè)計時需同時測試水泥強度，無資料時大中型企業(yè)建議取38MPa、小企業(yè)建議取34MPa，施工過程中應根據(jù)水泥3d強度調(diào)整水泥用量，特別在3d抗壓強度低于14Mpa時需增加水泥。水泥活性高低對混凝土強度的影響與水灰比有關(guān)，在水灰比為0.3、0.35、0.4時，水泥強度每增減1MPa，混凝土強度增減1.29、1.1、0.9MPa。筆者統(tǒng)計用P.O32.5水泥配制C20、C30混凝土，水泥28d抗壓強度每降低1MPa，混凝土水灰比需降低0.01∽0.015，水泥用量需增加5∽10Kg/m3。2.標準稠度需水量對混凝土用水量的影響水泥標準稠度需水量大，意味著在保持混凝土水灰比不變的前提下，混凝土單位水泥用量需增大。不同企業(yè)水泥需水量與混凝土用水量關(guān)系見圖1。工程施工過程中在確定混凝土配合比后，混凝土中水泥、砂、石、外加劑等用量不變，往往只是通過調(diào)整用水量實現(xiàn)混凝土坍落度不變，水泥需水量的變化引起混凝土水灰比發(fā)生變化，對混凝土性能帶來不利影響。水泥質(zhì)量波動情況企業(yè)類別統(tǒng)計批數(shù)項目標準稠度用水量%初凝時間/min終凝時間/min抗壓強度/MPa抗折強度/MPa3d28dR3/R283d28dR3/R2818家小廠86平均值27.224733416.636.50.453.66.70.53標準差3.454.820.050.630.670.06最大值30.635543527.252.60.565.68.30.71最小值23.21002108.926.80.302.05.20.3619家大中廠348平均值27.621730819.341.20.474.07.40.54標準差3.224.050.060.510.540.05最大值33.037548532.951.20.725.38.80.68最小值24.410019211.128.30.312.55.70.35

水泥強度不合格率統(tǒng)計年份企業(yè)類別統(tǒng)計批數(shù)抗