水工大體積混凝土開列原因及防護(hù)措施

水工大體積混凝土裂縫成因與防裂措施摘要：應(yīng)力開裂現(xiàn)象作為長期困擾大體積混凝土的主要難題，將直接影響到整個工程質(zhì)量。本文在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上分析了水工大體積混凝土裂縫的形成原因；提出了對大體積混凝土開裂的控制以預(yù)防為主，并從原材料、配合比設(shè)計、施工控制、砼養(yǎng)護(hù)四方面控制混凝土開裂的措施，這對大體積混凝土施工有著至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵詞：港口大體積混凝土裂縫成因措施隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，港口工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大體積混凝土結(jié)構(gòu)越來越多，施工中的大體積混凝土因溫度、收縮應(yīng)力等因素引起開裂的問題日益嚴(yán)重，因此解決大體積混凝土開裂問題對提高水工工程質(zhì)量越來越重要。本文將結(jié)合剛剛開工的浙江引進(jìn)液化天然氣（LNG）及應(yīng)用工程項(xiàng)目港口工程，就大體積混凝土裂縫成因、防裂措施作簡要分析。一、 工程概況本工程位于浙江省寧波市北侖區(qū)白峰鎮(zhèn)中宅村，站址三面環(huán)山，北面臨海。主要工作包括LNG碼頭、取水口場地平整、取水口水工建筑、其它雜項(xiàng)四部分內(nèi)容。根據(jù)設(shè)計要求除灌注樁外其余現(xiàn)澆砼構(gòu)件均采用高性能混凝土，現(xiàn)澆砼總方量約13883方，其中大體積砼主要包括泵房底板、碼頭工作平臺、靠船墩、控制室平臺等結(jié)構(gòu)。二、 大體積混凝土裂縫形成原因分析大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因可歸結(jié)為混凝土澆筑后升溫階段的溫度應(yīng)力與降溫階段收縮應(yīng)力的共同影響。1、 溫度應(yīng)力影響混凝土結(jié)構(gòu)因水泥水化熱引起溫度變化而產(chǎn)生的變形受到約束時所產(chǎn)生的應(yīng)力即為溫度應(yīng)力。水工大體積混凝土的開裂，從根本上說是由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部以及結(jié)構(gòu)之間的溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值而產(chǎn)生的。大體積混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑后，水泥在水化反應(yīng)中要散發(fā)大量熱能，熱量不易散發(fā)，內(nèi)部溫度逐漸升高；隨著混凝土澆筑的結(jié)構(gòu)厚度增加，混凝土內(nèi)外溫差越來越大，由于溫差的作用，混凝土內(nèi)部各區(qū)域膨脹率也不一樣，這樣混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了壓應(yīng)力，混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)溫度梯度達(dá)到一定程度，由此而產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值時，就會產(chǎn)生裂縫。2、 收縮應(yīng)力影響當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形時，不同結(jié)構(gòu)之間或同一結(jié)構(gòu)的不同部位之間，因變形的不同，可能產(chǎn)生相互間的影響、制約，稱為約束。這種約束大致可分為外約束和內(nèi)約束兩大類。外約束對混凝土的影響，澆筑在老混凝土基礎(chǔ)或巖石基礎(chǔ)上的大體積混凝土，受到老混凝土基礎(chǔ)或巖基的變形約束。在混凝土的降溫階段，新澆筑的混凝土體積會產(chǎn)生收縮，此時受到的基礎(chǔ)的約束產(chǎn)生的溫度應(yīng)力為拉應(yīng)力。內(nèi)約束影響為在降溫階段，混凝土內(nèi)部溫度與外部溫度存在差異。這導(dǎo)致混凝土內(nèi)外收縮率的不同，在混凝土內(nèi)部對外部產(chǎn)生較強(qiáng)的約束，抑制外部收縮，也就使收縮的混凝土產(chǎn)生了一定的拉應(yīng)力。當(dāng)由內(nèi)、外約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用導(dǎo)致受拉變形大于混凝土此時的極限拉伸能力時，就會產(chǎn)生開裂或加劇之前的裂縫。綜上，大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因?yàn)椋簼仓炷辽郎仉A段溫度應(yīng)力與降溫階段收縮應(yīng)力疊加所致，往往收縮應(yīng)力在溫度應(yīng)力導(dǎo)致開裂的基礎(chǔ)上加劇大體積混凝土的開裂。三、水工大體積混凝土防裂措施水工大體積混凝土的防裂控制是一個十分復(fù)雜的過程，涉及到原材料、工藝、環(huán)境以及結(jié)構(gòu)設(shè)計等多方面的綜合性的問題。為確保本工程結(jié)構(gòu)安全，提高結(jié)構(gòu)使用壽命，我們將對本工程大體積混凝土裂縫采取以防為主的防治原則，分別從原材料、配合比設(shè)計、施工控制、砼養(yǎng)護(hù)等方面做好以下四項(xiàng)工作。1、 采用合適的原材料根據(jù)設(shè)計要求，本工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)均采用C45高性能混凝土，主要原材料為水泥、粉煤灰、外加劑和粗細(xì)骨料等。水泥：采用低水化熱的普通硅酸鹽水泥，尤其是選用三天內(nèi)水化熱較低的水泥，同時增加水泥儲罐，以便將水泥降至常溫。粉煤灰：考慮到只能采用水化熱較高的硅酸鹽水泥來澆筑砼，故采用摻加粉煤灰取代部分水泥以降低砼的水化熱，本工程用II級粉煤灰超重取代20%的水泥用量。外加劑：選用緩凝高效減水劑，延緩初凝時間，這對澆筑大體積砼較為有利。骨料：粗骨料采用5?31.5mm粒徑連續(xù)級配，并要求其它各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。細(xì)骨料采用江砂，要求砂樣細(xì)度模數(shù)2.6?2.8,其它指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。2、 大體積混凝土的配合比設(shè)計對大體積混凝土配合比的設(shè)計，應(yīng)在綜合考慮項(xiàng)目總體設(shè)計以及施工具體情況的基礎(chǔ)上，盡量避免水化熱的早期集中釋放，延緩和減小混凝土的溫度峰值，減小混凝土的溫度梯度，避免混凝土早期產(chǎn)生危害性開裂。配合比設(shè)計中應(yīng)在滿足設(shè)計、強(qiáng)制性規(guī)范以及施工要求的情況下，盡量減少混凝土的單位水泥用量，減少水化熱的產(chǎn)生。大體積混凝土配比設(shè)計中應(yīng)摻用合適的外加劑，在對不同品種的多種外加劑對比試驗(yàn)后確定合適的緩凝型減水劑。對無筋和少筋大體積混凝土，應(yīng)設(shè)計添加塊石。一方面可以起到吸收水化熱的作用，同時也可以在保證結(jié)構(gòu)正常使用情況下節(jié)約造價。結(jié)合本工程，為了降低大體積砼內(nèi)部水化熱，擬采用緩凝高效減水劑及用粉煤灰取代部分水泥的措施（超代系數(shù)1.5）。在施工前預(yù)先進(jìn)行級配試驗(yàn)，以達(dá)到最大容重的級配。3、施工控制施工控制是大體積混凝土應(yīng)用中非常重要的一個環(huán)節(jié)，合理的施工控制能有效避免大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。施工中可以從降低混凝土澆筑溫度、合理運(yùn)用施工技術(shù)與工藝兩方面來進(jìn)行控制。（1） 降低混凝土的澆筑溫度大體積混凝土施工所用水泥要等其溫度降到自然溫度后使用，拌合用水宜選用低溫拌合水，如自來水、合格地下水等。對溫度過高的骨料在投入使用前應(yīng)進(jìn)行冷卻處理，如對骨料堆場搭設(shè)通風(fēng)良好的遮陽棚，待骨料冷卻2?3天后再投入使用。也可用摻冷卻冰、水等方式進(jìn)行骨料降溫。大體積混凝土的澆筑應(yīng)充盡量選用低溫時間段，避免在夏季高溫天氣下施工。若夏季施工，應(yīng)盡量利用晚間溫度稍低時進(jìn)行作業(yè)。這樣才能更好地保證混凝土的質(zhì)量。（2） 合理運(yùn)用施工技術(shù)與工藝大體積混凝土澆筑時應(yīng)避免一次混凝土澆筑方量過大，施工應(yīng)進(jìn)行分層澆筑。在分層澆筑時，上下兩層相鄰混凝土應(yīng)避免錯縫澆筑，兩層澆筑間隔時間應(yīng)盡量縮短，不宜超過1O天。對薄弱區(qū)如部分受拉區(qū)可采取加強(qiáng)措施，如摻鋼纖維或有機(jī)合成纖維，可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。也可以在合適的情況下施加預(yù)應(yīng)力。在條件許可的情況下，應(yīng)適當(dāng)減緩混凝土的澆筑速度。商品混凝土澆筑速度過快，導(dǎo)致混凝土熱量無法有效散發(fā)，溫度峰值來得過快。本工程中采取的具體措施如下：.砼因摻入粉狀外加劑及粉煤灰，故攪拌時間須適當(dāng)延長。.插入式振搗器應(yīng)垂直插入砼中，并快插慢拔，以利均勻振實(shí)，保證上下層結(jié)合成整體。振搗器應(yīng)插入下層砼中不小于5cm。插入式振搗器的振搗順序宜從近模板處開始，先外后內(nèi)。.砼振搗要均勻，以防漏振，插入式振搗器至模板的距離不應(yīng)大于振搗器有效半徑的1/2，并應(yīng)避免碰撞鋼筋、模板、芯管、吊環(huán)、預(yù)埋件。且這些部位周圍應(yīng)振搗密實(shí)。.砼澆至頂部時，采用二次振搗、二次抹面的施工工藝。利用抹光機(jī)進(jìn)行抹面，同時輔以人工木抹抹面。砼澆注完成后，在砼頂面外側(cè)要用壓刀壓平。壓直，使頂口線順直，確保施工縫外觀質(zhì)量。.在規(guī)范允許范圍內(nèi)，可摻加不多于20%的塊石，以降低砼水化熱?，F(xiàn)場控制與指揮是一個容易被忽視的問題。大體積混凝土的澆筑必須根據(jù)澆筑條件確定澆筑施工工藝?；炷翑嚢杩刂啤⒒炷吝\(yùn)輸、作業(yè)人員的振搗等，都會對混凝土的裂縫產(chǎn)生有很大的關(guān)系。這些需要事先編制詳細(xì)實(shí)施性施工組織設(shè)計，責(zé)任到人，并提前對混凝土從業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)與技術(shù)交底。4、養(yǎng)護(hù)措施擬采用蓄熱保濕保溫法養(yǎng)護(hù)，砼收水后在水平表面處覆蓋一層塑料薄膜，其上罩土工布覆蓋壓牢；豎向側(cè)面覆蓋一層塑料薄膜和土工布，最后覆蓋一層彩條布用鐵絲固定。并設(shè)專人定期檢查。在寒冷季節(jié)，條件允許情況下應(yīng)推遲拆模時間。對重要大體積砼澆筑時，在砼構(gòu)件內(nèi)部多個部位埋設(shè)測溫元件，定時測量砼內(nèi)部內(nèi)部溫度，針對檢測情況采取保溫或降溫措施，直至結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與表面溫差值小于25°C之后，方可撤下保溫覆蓋層。四、結(jié)束語水工大體積混凝土的防裂是目前被廣大工程人員及學(xué)者研究的一個重要問題，它直接關(guān)系到整個工程質(zhì)量的好壞，影響到結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命。本文分析了大體積混凝土