梁国安
广东省化州市水电建筑安装工程公司 525100
摘要：闸站大体积混凝土施工技术要求较高，温控制度要求严格，因此本文分析了闸站大体积混凝土裂缝形成的原因与危害，并从原材料选择与配合比优化、合理分缝分层分块、混凝土温度控制与监测、混凝土施工与养护等方面探讨了混凝土裂缝控制的方法。
关键词：大体积混凝土；裂缝控制；水利闸站
水利闸站将水闸与泵站合二为一，所发挥的功能、作用更加灵活。闸站混凝土用量较大，若结构中的最小尺寸超过1m，一般称为大体积混凝土，例如闸站流道底板混凝土[1]。混凝土脆性大，抗拉强度较小，仅为抗压强度的1/10，在浇筑施工过程中内外温差产生的温度应力很容易超过混凝土自身允许的应力，于是混凝土结构就会开裂，为此必须在施工方法选择、混凝土配合比设计、温度控制、建设标准优化等方面下工夫，这样大体积混凝土开裂问题是可以解决的[2]。
1 闸站大体积混凝土裂缝形成原因与危害
1.1 大体积混凝土裂缝形成原因
大体积混凝土产生裂缝的主要原因是温度应力，由温度场、应力场变化产生的温度应力。大体积混凝土形成的温度场属于不稳定温度场，这种温度场和应力场可通过有限元法进行求解[3]。在混凝土浇筑初期，水泥水化产生的大量热量使混凝土结构温度迅速升高，但因混凝土是热的不良导体，水化热容易在混凝土结构内部聚集起来，而混凝土结构表面散热快，温度低，于是在大体积混凝土结构内外就形成了显著的温差。其次混凝土结构内部温度达到顶峰后开始逐步下降，但由于内、外散热速度不同，于是在混凝土结构内部产生很大的约束应力，外部收缩大，内部收缩小，于是在混凝土表面产生拉应力，并使混凝土开裂。当混凝土浇筑完成并经过养护拆模后，混凝土表面快速降温，内外会形成较大温差，会进一步加重温度裂缝。当然，施工方法不当，原材料选择不合理，混凝土配合比出现偏差，养护不周全，会强化各种不利因素，例如水化热更高，散热条件更差，混凝土强度增长更不均衡，甚至自身缺陷更多，那么混凝土开裂会更加严重。
1.2 大体积混凝土裂缝的危害
大体积混凝土裂缝可分为三类，其中以贯穿裂缝最为严重，可以贯穿整个构件，对混凝土结构产生致命的破坏，不仅影响结构寿命，严重渗漏会增加整个结构的安全隐患。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次为深层裂缝，切断混凝土结构很大断面。最后一个是表面裂缝。虽然表面裂缝危害较小，若不及时修补会演变为深层裂缝，再进一步发展就成为贯穿裂缝。例如水闸闸墩出现贯穿裂缝后，整个结构很容易破坏，对当地人民生命财产构成巨大威胁。因此，大体积混凝土裂缝不可不防。
2 闸站大体积混凝土施工与混凝土裂缝的控制
2.1 原材料选择与配合比优化
原材料选择遵循低热、高抗拉强度、极限拉伸变形能力强的原则。水泥宜选择低热矿渣水泥或在中热硅酸盐水泥掺入矿渣、粉煤灰。集料宜选用5～25mm连续级配的等径状颗粒，以保证混凝土和易性。适当掺入减水剂、引气剂、缓凝剂等外加剂，以减水、增塑、抗裂、延缓水化热峰值时间。提高混凝土抗拉强度可掺加膨胀剂、纤维增强材料、配温度筋等。通过优化混凝土配合比，可在不影响混凝土设计强度的前提下提高混凝土的抗变形能力，减少开裂。
2.2 合理分缝、分层、分块
大体积混凝土施工时通过化整为零可减少温度应力，因为一次浇筑量太大，混凝土内部温度峰值也很高，通过化整为零不但减少了温度应力，同时也在一定程度上满足了混凝土自由变形的需要。分层可以使大体积混凝土散热更均匀，有效控制垂直裂缝的形成，分块可显著减少温度应力。但分层需控制浇筑间隔时间，以防产生水平施工缝。分缝后还要满足防渗要求。
2.3混凝土温度的控制
搅拌混凝土时，采用冷水拌合或在拌合用水中掺加冰块、冰屑，可降低混凝土出机温度。但掺加冰块时应避免出机混凝土中残留冰块。此外，冷却骨料或给骨料搭遮阳篷、拌合楼前喷雾等措施也有利于降低混凝土温度。为了控制混凝土浇筑温度，应合理选择浇筑时间，避开高温天气或炎热时段。在混凝土中预埋水管是控制施工过程混凝土温度的最重要措施。在预埋水管中通冷却水分为三个阶段，初期通冷却水迅速带走水化热，可降低混凝土内部温度峰值，避免混凝土内部温度超过设计允许温度；中期通冷却水可维持混凝土内外温度的稳定；后期通冷却水用于控制接触灌浆部位的温度。设置冷却水管与通水时间、流速及水温是一件非常讲究的事。冷却水管的设置需要考虑水管间距、管径、管材选择等问题。理论上，水管间距越小获得的冷却效果越好，然而水管间距越小管材消耗越大，同时对断面结构的削弱也越多，所以并非间距越小越好。通常，冷却水管间距与浇筑层厚度适应，一般多取1.0～3.0m。管径的选择也是同样道理，管径过大管材消耗多，管径过小因水流阻力大而影响冷却效果，一般多采用1英寸管（25.4nn）。管材宜选择金属管材，热传导性好，从成本上考虑宜选用钢管。冷却水的流速影响降温效果，通过理论分析可知管流为紊流状态传热效果远优于层流状态，所以流速应保证管流至少处于紊流状态，对于1寸管来说紊流临界值为0.13m/s，实际控制流速在0.5～0.8m/s。水温控制应避免水温与混凝土温度之间差别过大而引起水管周围混凝土产生拉应力开裂，一般应保持两者温差不超过20～25℃，同时降温速度初期可控制在2.5℃/d，中后期应保持在1.0～2.0℃/d。通水时间也有讲究，时间过长也会引起水管周围混凝土产生拉应力，所以当监测温度达到目标温度应停水，并且养护完成后要用压缩空气吹干冷却水管中的水，再向管内灌浆封闭管路。
2.4混凝土温度监测
闸站大体积混凝土测温点布设于混凝土表面、中部、底部及冷却水管周围，根据测温布置图预埋测温传感器（电阻温度计或热电偶温度计）。为保证测温准确性，测温元件安装前应浸水24h，以确认测温元件的可靠性。测温系统与计算机相连可实现自动监测、报警。安排专人值班监测，浇筑后头3d，每2h记录一次温度；第4～8d每4h记录一次温度；第9d到温差满足要求，每6h记录一次温度。
2.5混凝土施工
大体积混凝土施工时，应严格控制坍落度偏差不超过±0.5cm。浇筑时，采用薄层、短间歇、仓面均衡上升的原则，并且各部位振捣密实，遇到有预埋件等部位小心操作，必要时人工插捣或用小直径振捣器振捣。同时安排专人清除泌水，达到设计标高后及时整平收光。
2.6混凝土养护
混凝土浇筑完成后必须加强养护，以防止出现早期裂缝，且养护时间不少于14d。大体积混凝土养护方法包括覆盖养护、喷雾养护、蓄水养护、喷膜养护等，闸站混凝土多采用覆盖养护，即交替湿麻布袋与塑料膜，无需持续洒水。喷雾养护耗水量大，蓄水养护主要用于小型构件，喷膜养护可能影响新旧混凝土粘结。
3 结语
闸站是水利工程中的重要设施，混凝土用量大，其中不乏大体积混凝土。为了保证混凝土质量，必须加强对施工施工各环节的控制，尤其是温控措施的控制。当然，影响闸站大体积混凝土质量的因素很多，应当抓住主要矛盾，再精细化管理各个环节，这样困扰施工人员的混凝土裂缝问题就能得到解决。
参考文献：
[1]陈兴涛，邓晓陆，刘剑. 闸站厚大体积混凝土的施工技术[J]. 珠江水运，2015（23）：86-87.
[2]林镇平. 水利工程大体积混凝土裂缝的产生原因及其防治[J]. 黑龙江水利科技，2018，46（8）：158-159，162.
[3]张越. 水利工程大体积混凝土温控防裂措施探究[J]. 水利规划与设计，2015（4）：60-62，110.
论文作者:梁国安
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/13
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 体积论文; 温度论文; 测温论文; 应力论文; 水管论文; 《防护工程》2019年16期论文;