混凝土裂縫控制技術(shù)在小浪底水利樞紐洞室襯砌工程中的應(yīng)用

摘要： 裂縫是混凝土建筑物主要的老化病害之一，主要由干縮、砼自身質(zhì)量、水泥水化熱、溫度、鋼筋銹蝕、地基變形、荷載、堿骨料反應(yīng)、地基凍脹等原

關(guān)鍵詞： 混凝土裂縫 小浪底 洞室襯砌

　　裂縫是混凝土建筑物主要的老化病害之一，主要由干縮、砼自身質(zhì)量、水泥水化熱、溫度、鋼筋銹蝕、地基變形、荷載、堿骨料反應(yīng)、地基凍脹等原因引起。

　　小浪底水利樞紐南岸引水口工程洞室襯砌工程混凝土的設(shè)計(jì)指標(biāo)為C20P8F100。施工條件：泵送，洞外拌和，洞內(nèi)澆筑，洞內(nèi)恒溫17～180C。為控制裂縫的產(chǎn)生，施工中采取了以下措施。

1．控制干縮裂縫

　　混凝土的干縮裂縫主要是由于毛細(xì)管壓力造成的。毛細(xì)管孔隙在干燥過程中逐步失水，產(chǎn)生很大的毛細(xì)管張力，混凝土體積產(chǎn)生收縮，由于混凝土周圍存在約束，內(nèi)部又有拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土材料抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生了干縮裂縫。

　　干縮裂縫的控制方法有：

　　1.1降低混凝土單位用水量：用水量的增加勢必使剩余水增加，因此，從確保混凝土耐久性出發(fā)，應(yīng)降低混凝土單位用水量。

　　1.2水泥的影響：不同水泥，混凝土收縮也不同，按收縮值大小排序：礦渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥。

　　1.3降低混凝土周圍約束：若混凝土周圍約束過大，內(nèi)部拉應(yīng)力無法釋放，拉應(yīng)力增大而使混凝土干裂，因此，應(yīng)減少混凝土的分倉長度，以使混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力能夠充分釋放。

　　1.4添加膨脹劑：適量添加膨脹劑后可以使混凝土體積膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，部分抵消了混凝土因毛細(xì)孔隙干燥而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而起到控制干縮裂縫的作用。

　　本工程在控制混凝土干縮裂縫方面采用了上述1～3項(xiàng)方法。其中單位用水量為182kg，采用普通425＃水泥，澆筑中摻用粉煤灰，分段澆筑長度在10m左右。

2．控制混凝土因自身質(zhì)量欠缺而形成的裂縫

　　高強(qiáng)混凝土水泥的強(qiáng)度等級和水泥用量相對較高，開裂現(xiàn)象比較普遍，因此，高強(qiáng)混凝土不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土因具有較高的體積穩(wěn)定性，收縮變形較小而使抗裂性能大大提高，同時(shí)高強(qiáng)混凝土必須采用高效減水劑和超細(xì)活性摻和料作為混凝土的第五和第六部分，來提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B能力。因本工程采用泵送施工工藝，要求的坍落度和水泥用量均較大，必須用摻加外加劑的方法來達(dá)到既減水又不使混凝土坍落度損失過大的目的，以及添加超細(xì)活性摻和料來達(dá)到降低水化熱、改善與提高混凝土性能和節(jié)約水泥的目的。

　　綜合上述兩點(diǎn)，我們采用下表所示的混凝土配合比（單位：kg/m3）。

      按上表配比,砂率38%、水灰比0.50、坍落度160～180mm、木鈣摻量0.25%、粉煤灰摻量15%。

　　因混凝土中摻加粉煤灰技術(shù)在我省水利行業(yè)尚處于探索階段，固替代量并不很大，只有15%，但根據(jù)有關(guān)資料，混凝土中單方水泥用量每增減10kg，水化熱相應(yīng)升降1～1.20C，即因本工程中摻用粉煤灰而使混凝土內(nèi)部溫度下降了約5.5～6.50C，從一定程度上控制了裂縫的產(chǎn)生。

3．控制水化熱開裂

　　水泥水化后放出大量的熱量，使混凝土內(nèi)外形成較大的溫差，從而在溫度應(yīng)力的作用下形成裂縫。特別是在夏季施工，中午氣溫一般在攝氏370C，露天存放的石子表面溫度可達(dá)攝氏500C，砼出機(jī)口溫度在攝氏300C左右，混凝土水化后內(nèi)部溫度更高。為控制混凝土水化開裂，施工中采用了以下措施。

3.1骨料降溫

　　骨料的溫度控制主要通過搭蓋涼棚和灑水降溫來進(jìn)行。搭蓋涼棚可避免太陽光直射，減少骨料吸熱，澆筑前2～3小時(shí)再用井水（約170C）對粗骨料進(jìn)行充分的灑水降溫。采取以上方法降溫后，澆筑前粗骨料內(nèi)部溫度約為240C，細(xì)骨料內(nèi)部溫度約為260C，降溫效果比較明顯。

3.2加冰降溫

　　在混凝土澆筑前購入冰塊，砸成粒徑約3cm的小塊加入砼生料中，充分拌合后量取出機(jī)口溫度，根據(jù)出機(jī)口溫度來確定加冰量。實(shí)際工作中，出機(jī)口的控制溫度為180C，混凝土單方用冰量在60kg左右。因冰塊破碎工作量較大，粒徑也很難控制，加入冰塊后還需延長拌和時(shí)間，降低了混凝土澆筑速度，為克服該問題，實(shí)際工作中多采用拌和水降溫的方法，即把冰塊稍加破碎后放入拌和水池中來降低水溫。用此方法，通常能夠把拌和用水的溫度降至攝氏3～70C左右。

3.3夜間澆筑

　　白天氣溫較高，即使采用多種降溫措施也很難保證混凝土的入倉溫度，而夜間澆筑——特別是后夜?jié)仓?，氣溫相對較低，采取溫控措施后，比較容易控制砼的入倉溫度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天進(jìn)行，而把混凝土澆筑安排在夜間進(jìn)行。

　　通過以上溫控措施，使南岸引水口洞室襯砌工程夏季混凝土出機(jī)口溫度控制在180C以內(nèi)，入倉溫度控制在280C以下，有效地控制了溫度裂縫的產(chǎn)生。

4．混凝土養(yǎng)護(hù)

　　由于采用普通硅酸鹽水泥和泵送施工工藝，砼早期水化熱較大。經(jīng)量測，一般在澆筑后24h左右，內(nèi)部溫度即達(dá)到最大值（約330C），而此時(shí)因規(guī)范要求鋼模板尚不能拆除，還不能直接進(jìn)行表面灑水降溫，為降低混凝土溫度，除盡量降低水灰比外，在澆筑完畢后18h即開始對鋼模板表面進(jìn)行不間斷的灑水降溫，拆模后對混凝土表面進(jìn)行全天候養(yǎng)護(hù)至14天，此時(shí)洞室襯砌后的混凝土內(nèi)部溫度已降至180C。通過拆模前是否對鋼模板表面灑水降溫的對比觀察，采取對鋼模板表面灑水降溫的，明顯比未對鋼模板表面灑水降溫的混凝土產(chǎn)生裂縫少的多，因此，混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)從模板面的灑水降溫開始。

5．控制鋼筋銹蝕引起的裂縫

　　鋼筋銹蝕后體積膨脹2～4倍，對周邊混凝土產(chǎn)生壓力，可能產(chǎn)生順筋裂縫，甚至脫落，從而影響建筑物的使用。而鋼筋銹蝕多為氣蝕、電離引起。因此，本工程自一開始就注意了鋼筋的銹蝕問題，并從以下幾個(gè)方面對鋼筋銹蝕加以控制的。

　　5.1鋼筋出廠時(shí)，其表面有一層致密的氧化薄膜，可以對鋼筋起到一定的保護(hù)作用，但該薄膜遇水或受潮后因水的微酸性而脫落，使鋼筋酸性氧化而銹蝕。因此，鋼筋原材料和加工后的半成品均應(yīng)作防潮處理。具體的做法是架空放置和上蓋防水雨布。

　　5.2鋼筋安裝前表面清潔處理

　　鋼筋安裝前，其表面必須潔凈、無污物，對已發(fā)生銹蝕的部位，必須用鋼絲刷和砂布打磨干凈，以保證鋼筋與混凝土的有效結(jié)合，同時(shí)也可防止因電離而發(fā)生銹蝕。

　　5.3降低砼水灰比和增加混凝土和易性。

　　5.4加強(qiáng)振搗，提高混凝土致密性，減小混凝土炭化速度，使鋼筋有足夠長的時(shí)間不接觸空氣。

6．控制洞室周邊圍巖的變形

　　為防止洞室Ⅳ類圍巖區(qū)的圍巖變形對洞室襯砌混凝土的影響而使之產(chǎn)生裂縫，在洞室開挖支護(hù)階段就已對Ⅳ類圍巖區(qū)進(jìn)行了錨桿支護(hù)，錨桿布置型式為梅花狀，直徑20mm，長3m，間排距1.251×1.25m；混凝土襯砌后，對周邊圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿。為保證錨桿和固結(jié)灌漿的施工質(zhì)量，還要對錨桿進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)，對固結(jié)灌漿進(jìn)行壓水和超聲波檢查試驗(yàn)。

　　通過采取以上措施，小浪底水利樞紐南岸引水口工程洞室襯砌工程混凝土裂縫現(xiàn)象基本得到了控制，取得了良好的效果。