水利工程大体积混凝土裂缝的成因与防控.pdf
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1、第 3 8卷 第 4期 2 0 1 1年 4月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c hn i q ue De v e l o p me nt V0 1 38。 No 4 Apr 2 01 1 水 利 工程大体 积 混凝 土裂 缝 的成 因与防控 朱振宇李春利王崧会 ( 北京 市京水 建设工 程有限责 任公 司, 北京1 0 0 1 9 3 ) 摘要 水利工程大体积混凝土裂缝 防治一直是施 工质量控制 的重点 和难点 , 分 析了产生裂缝 的主要原 因 温度 和干缩 , 并结合南水北调菱河倒虹吸和汤河渡槽工程 阐述 了为防止有害裂缝的产生所采取施工措施 , 如为降 低最高温升而
2、采取的降低水泥用量 、 避免高温季节施工 、 降低原材料温度、 混凝 土结构内盘管冷却等 ; 为减少 于缩采取的加强湿养护 、 分期 浇筑 , 减少结构浇筑长度 等; 通过合理的工艺, 减小外 部约束 。 关键 词 裂 缝 ; 防控 ; 温 控 ; 干 缩 ; 约 束 中图分类号】 T U 7 4 6 2 文献标志码 】 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 1 ) 0 4 - 0 0 2 8 -0 3 1概 述 水利工程大体积混凝 土浇筑一直是工 程中 的难 点和重 点 , 而决定混凝土浇筑质量的关键因素是裂缝 的控制 。水利 工程往往 是水坝 、 水 闸、 倒虹吸 、
3、 渡槽 等大型建 筑物 , 这些水 工建筑物混凝土施 工存在着 一些共 性: 1 ) 单仓 混凝土浇 筑 量大 , 结构长、 断面尺寸大 ; 2 ) 运行环境处于水中 、 抗腐蚀性 、 抗冻和抗渗性要求高。因为这些共性 , 前者决定了水 工混 凝 土较容易产生裂缝 , 后者决定 了混凝 土浇筑质量 要求 高 , 对 裂缝 的控制标 准比一般混凝土要严格的多。 混凝土裂缝很难避免 , 有些裂缝对混凝土结 构的寿命影 响小 , 如表面裂缝 , 不必过多 在意。施工 中混凝 土质 量控制 的重点是避免 和减少贯穿裂缝 、 深层裂缝 , 特别是贯穿裂缝 , 这些有害裂缝会严重影响到工程的总体质量和使用
4、寿命 , 是 水利工程重点防治的对象。如何才能 有效 得控制混 凝土有 害裂缝的产生呢 , 这里结合 两个 工程 , 说明水 利工程 中常用 的一 些 防裂 措 施 。 工程是南水北调中线工程与菱河 、 汤河交叉处的大型水 工建筑物 , 工程质量要求 高, 混凝土浇筑量大 , 其中 : 1 ) 菱 河 倒 虹 吸 : 倒 虹 吸管 身断 面 为 3( 孔 )7 0 11 1 ( 宽) 7 1 5 m( 高) , 单节管长 1 5 m, 底 板和顶 板厚 1 4 m, 侧墙厚 1 2 m, 单仓最大混凝土浇筑量 1 0 0 0 m ( C 3 0 、 F 1 5 0 、 W6 ) 共 2 2节
5、, 断面形式如图 1 。 收 稿 日期 : 2 0 1 1一 O l 一1 5 作者筒介: 朱振宇( 1 9 8 2 - ) , 男 , 北京人 , 毕业于中目农业大学 , 大专 工程师, 南水北调中线三标副总工程师。 2 ) 汤河涵洞式渡槽 : 汤河涵渡 的结 构尺寸较 大, 渡槽共 分 5节 , 1号、 5号渡槽长 】 7 1 m, 2号、 4号渡槽长 1 6 。 9 m, 3 号涵渡最 长达到 2 9 9 0 Il l , 渡 槽结构 断 面呈梯形 , 宽 0 8 1 6 5 m, 单仓最 大混凝土浇筑 量 1 7 2 0 m , 混凝 土等级 C 4 0 、 F 1 5 0 、 W8
6、, 断面结构如 图 2 。 l 6 0 0 1 6 0 o r - 1 【 一 ( 7 铜 止 水 _ 十 _ _ 。 。 。 。 。 。 。 两期混凝土浇筑筋 5 0 05 0 0 一上 一 J _删 c 3 9 I l 6 5 0 l 一 7 6 5 0 f f 1 _4 o o 7 6 5 0 一I f 塑 汤河涵洞 图 2断面结构 2裂 缝 产 生 的原 因 混 凝 土 裂 缝 很 多种 , 水 利工 程 中最 常 见 的是 温度 裂 缝 和 干 缩 裂缝 。 1 ) 温度裂缝 : 大体积混凝土浇筑后 , 由于水 化热使混凝 土温度升高 , 当温升达到峰值后 , 由于环境温度较低 ,
7、混凝土 温度开始下降 , 在降温过程 中混凝土发生收缩 , 收缩受 钢筋、 外部结构的约束 , 当收缩变形大 于极 限拉伸变 形时 , 就出现 裂缝 。另外一种情况是大体积混凝土 内部温度下降慢 , 表面 散热快 , 温降快 , 内外收缩不一致 , 或者说混凝土表面收缩受 内部 制 约 而产 生 裂 缝 。 2 ) 干缩裂缝 : 指混凝土 因各 种原因失水后 , 产生体积 收 缩而出现的裂缝 。主要原 因有 : 混凝土浇筑完成后 , 养护 不及时或不 良, 混凝土会出现 泌水和水 分急骤 蒸发 ; 混凝 土进入硬化 阶段后 , 混凝 土中未参加水化反应 的水会蒸发形 成干缩 ; 水泥硬化使体积
8、减小。 第 3 8卷 朱 振 宇 , 等 : 水 利 工 程 大 体 积 混 凝 土 裂 缝 的 成 因与 防控 第 4期 实 际情 况 中 , 大体积 水工 混 凝 土裂 缝 产 生往 往 是 两 种 因 素 共同作用的结果 , 施工中, 需双管齐下 , 才能有效预防和控制 。 3裂 缝 的预 防 3 1 降 低 混 凝 土 最 高 温 升 在诸 多 防 裂措 施 中 , 该 项 对 裂 缝 出现 的 防 控 是 最 为 有 效 的 , 某些情况下 , 混凝土温升过高是裂缝产生最直接 的原 因。 混凝 土浇筑完成后 , 温升过 高会产 生很大 的拉伸 变形 , 而混 凝 土早 期 抗 拉 强
9、 度 低 , 因 此 容 易 出现 裂 缝 。 我 项 目部 从 2 0 1 0年 1月 份 开 始 羡 河 倒 虹 吸 冬 季 施 工 , 截止 2 0 1 0年 7月 1 3日, 共 完 成 1 5节 管 身段 混凝 土 浇 筑。 浇筑 日期在 5月 1 O日之前 , 浇筑气温在 2 1 以下时 , 混凝土 浇 筑 质 量 控 制 得 很 好 , 均 未 发 现 有 害 裂缝 ; 而 5月 2 6 日浇 筑 的 2 1 号管身段 、 7月 1 3日浇 筑的 4号 管身段均 发现有 害的 贯 穿 裂 缝 。测 温 发 现 , 两 仓 混 凝 土 内部 最 高 温 升 达 到 5 0 E 以上
10、 ( 如 图 3 ), 由此 可 以看 出混 凝 土 内部 的最 高 温 升 与 混 凝 土 出现 裂 缝 两 者 关 系 是 非 常 密 切 的 。 70 6O 5 0 40 30 20 1 O 0 1 O ,6 26 2 5 4 3 4 2 4 3 4 6 4 6 4 6 2 6 4 0 4 3 4 2 4 6 3 5 3 O ” 2 9 3 6 3 4 3 7 3 曼 1 卜1 , 3 O 28 3 O 一 2 6一 8 3 1 5 1 6 2 ; 1 3 9 9 aI l : 丑 皿 皿 丑 皿 皿 皿 l - r r 皿 皿 皿 皿 口 I 皿 n _n l 冠 ; 号 一 寸 寸
11、甘 I n v 、 n n 寸 1 3 1 5 1 7 1 4 1 6 1 8 7 6 f2 O 1 9 8 2 1 2 2 5 4 上 工 E 6 2混凝土内部最高温度 4 5混凝土表面最高温度 3 3 浇筑气温 单位 : 仓段号 图 3混 凝 土 内部 温 度 1 ) 降低单方水泥用量 , 水 泥是 产 生 水 化 热 的 主 要 原 因 , 在 实 际 施 工 中 , 尽 可 能 采用低热水泥 , 同时调整 配合 比 , 在保证强度的前提下 , 降低 单 方水 泥用 量 。在 该 工 程 中 , 混 凝 土 设 计 强 度 等 级 C 3 0, 试 验 室通过多次配合 比试 验 , 将
12、单方 水泥用 量控 制在 2 7 0 k g m , 在其他一 些工程 , 甚至可以降至 2 4 0 k g r ill 。 2 ) 降 低 原 材料 温度 降低原材料 的温度是 简单而有效 的措施 。很多情况下 , 千 万 不 能 忽 视 原 材 料 所含 的 热 量 , 它 对 混 凝 土 的 温 升 作 用 非 常 明显 。我们无 法消除水 泥产 生的水化 热 , 但却可 以采取有 效 的措施降低原材料的温 度。 结合以往的施工经 历 , l O月 份至 次年 的 5月份 是混凝 土浇筑的最好时间 , 在该时段 内, 原 材料 的温度 比较低 , 带入 混凝土仓内的热量少 , 因此 混凝
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