浅谈水利工程施工中大体积混凝土施工过程中预防裂缝的方法

　　摘 要：通过多年的水利工程施工经验及现场实地和实验，及查阅有关方面的著作，现对水利工程中的大体积混凝土温度裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施进行等进行阐述,并且已通过实际工程的实践并取得良好实践效果。

　　关键词：大体积混凝土,温度应力,裂缝,控制

　　大体积混凝土在现代水利工程建设中十分普遍。而大体积混凝土产生裂缝现象十分普遍，而水利工程对混凝土的裂缝往往要求更为严格，所以产生裂缝则严重的影响到工程的后期使用。尽管在施工中采取各种措施，严格控制，但裂缝仍无可避免。这主要是因为温度导致及内部应力等所至，因此本文仅对水利工程施工中混凝土裂缝的成因和处理方法进行论述。现就新疆某水库所建大坝备用厂房作为实例，该工程具体剖面图详见图一，从裂缝产生的详细原因及应力分析及施工过程中的预防措施和后期养护作简要论述关于水利工程大体积混凝土在施工过程中的裂缝预防方法，

　　1.裂缝产生原因

　　就本工程和以往工程当中混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化比如本工程混凝土在浇筑前后的温度急剧变化及浇注后的雨水冲刷，都对后期混凝土产生裂缝造成一定的影响，我方在施工过程中采取了严格的防护措施使之将产生裂缝的可能性大大降低，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理(此为设计院考虑，本工程我方技术人员根据多年的施工经验与设计师做了详细交流对本工程做了一定的优化)，原材料不合格(如碱骨料反应)，模板变形(在施工过程中我们对模板进行了详细的计算)，基础不均匀沉降等。

　　在混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6～1.0)×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2～2.0)×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的施工极为重要。

　　2. 温度应力的分析

　　根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

　　(1)早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

　　(2)中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。

　　(3)晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

　　根据温度应力引起的原因可分为两类：

　　(1)自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

　　(2)约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。

　　这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。

　　要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。

　　3.水利工程大体积混凝土防止裂缝的措施

　　(1)采用分层浇注以便散热;

　　(2)降低混凝土的浇筑温度;

　　(3)采用添加外加剂等措施以减少水泥用量;

　　(4)在混凝土中埋设水管，通入冷水降温;

　　(5)合理地分缝分块;

　　(6)合理的安排施工工序，避免大体积混凝土表面长期暴露;

　　(7)浇筑过程质量控制

　　混凝土浇筑前，施工人员应对浇筑部位进行检查，检查内容包括：模板、钢筋、止水、预埋件和观测仪器等设施埋设和安装，混凝土浇筑期间的气候、温度是否合适，运输能否保证。只有以上工作均做好后方可进行浇筑，在浇筑时并按排好施工顺序，保证分区、分层混凝土在初凝之前搭接。

　　(8)合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露;

　　此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，应特别注意避免产生贯穿裂缝，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

　　在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

　　加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小，因为大体积混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过100~200kg/cm2..因此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高混凝土抗裂性的效果较好。混凝土和钢筋混凝土结构的表面常常会发生细而浅的裂缝，其中大多数属于干缩裂缝。虽然这种裂缝一般都较浅，但它对结构的强度和耐久性仍有一定的影响。

　　(9)混凝土的养护

　　严格按照规范和标准对混凝土构件进行养护和成品保护，未经处理的废水、污水等，不得使用。使用硅酸盐水泥或普通水泥的混凝土养护时间不能少于14天，使用掺加较多混合材的矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥以及复合水泥的混凝土养护时间不能少于21天。养护期内混凝土保持必要的温度和湿度，使水泥水化正常进行，防止发生干缩裂缝。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求。并防止混凝土超热及超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。并同时做好大体积混凝土的保湿工作，由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或防碍水泥的水化，表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。

　　4.水利工程中的大体积混凝土的质量检查

　　混凝土的质量检查包括混凝土拌和物的质量检查和硬化后混凝土的质量检查。

　　对混凝土拌和物的质量检查最具有现实意义。它可以尽早和及时地发现问题，以便及时采取措施加以纠正，是加强混凝土施工质量控制的重要环节。

　　对硬化混凝土的质量检查，是在施工过程中按规定的时间和数量在拌合地点(机口)或浇筑地点(仓面)抽取有代表性的试样，制作试件，养护至规定龄期，进行混凝土物理力学性能(强度、抗渗、抗冻等)试验，以检验混凝土的均匀性并为评定混凝土质量和工程验收提供原始资料。

　　在评定混凝土工程质量时，除应有施工中硬化混凝土试件的质量检验资料外，有时还需对混凝土建筑物本体进行质量检查。对建筑物表层混凝土的检查，可用回弹仪或凿取试验的办法;对内部混凝土，可用超声波来检查它的密实性及强度;对大体积混凝土建筑物，可用钻机取混凝土芯并在钻孔内进行压水试验，以检查混凝土的强度、抗渗性等，并用这些来作为判断混凝土质量的重要依据。转

　　5.结论

　　以上对水利工程施工过程中的大体积混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践上的初步探讨，通过实际工程的实践，根据以上施工控制措施对水利工程施工过程中的大体积混凝土裂缝的控制措施取得了良好效果，在具体的水利工程大体积混凝土施工过程中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，将水利工程中的大体积混凝土的裂缝进行严格控制，为更多民生工程造福更多人民。

　　参 考 文 献

　　[1]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)

　　[2]《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)

　　[3]《土工试验规程》(SL237-1999)

《浅谈水利工程施工中大体积混凝土施工过程中预防裂缝的方法》

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