水工混凝土防裂与质量控制的应用

水工混凝土防裂与质量控制的应用

刘连彬

深圳市深水水务咨询有限公司广东深圳518000

摘要:近些年，随着基础建设发展水平的逐步提升，我国在水利工程的施工质量方面也在不断的提高，但是我们通常的水利工程建筑当中往往会出现混凝土的大面积的断裂，从而造成工程质量的问题，并且严重影响工程的应用价值，同时妨碍了水利事业发展的步伐，所以必须采取行之有效的施工建设技术，以此来保障水利工程的建设质量。一般中型以上（包括部分小型）水工建筑物基础工程都存在大体积混凝土浇筑问题。本文以某工程为例，简略分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，着重从优化混凝土配合比设计、浇筑工艺、养护等方面，介绍了抗裂防裂的质量控制措施。最终全面提高水利工程的实用价值。

关键词:水工建筑物；大体积混凝土；裂缝；控制措施

1、概况

该工程泵站3×25?m3/s，站身底板采用整板结构，设计顺水流方向长35.8m，垂直水流方向宽25.6m，底板厚1.2m，附着于站身底板北侧的吊物孔部位的底板顺水流向长16.2m，宽5.3m，厚1.2m。混凝土设计强度等级C25，抗冻等级F50，抗渗等级W6，属水工建筑物大体积混凝土浇筑。本文结合该项目底板大体积混凝土浇筑，对有可能发生的裂缝质量问题及其原因，作出一定的分析，对主要控制措施作一定介绍。

2、大体积混凝土裂缝产生的原因

变形是引起大体积混凝土裂缝的基本原因，其主要因素为混凝土结构内外温差、浇筑完成后的结构不均匀沉降、混凝土收缩过程中引起的结构变形，在混凝土结构变形受到外界约束时产生了应力，当应力超过混凝土具有的抗拉强度时就产生了裂缝。

3、技术应用后常见的问题简介

裂缝问题是常见问题之一，就此本文针对裂缝问题进行了相关分析。所谓裂缝问题主要包括三种裂缝，分别为安定性裂缝、收缩裂缝和温差裂缝。①安定性裂缝。现如今的混凝土施工建设质量会受到多种因素的影响，其中，原材料的影响较大。由于多种质量的水泥不断产生，而工程施工中对水泥等建筑材料并无统一的规范要求，所以水利工程建设中使用的水泥质量难以保证，其安定性往往也难以确定。一旦水泥材料的安定性较差就会引发安定性裂缝。除此之外，安定性裂缝形成的原因也包括混凝土材料碱性过高、空气中湿度较低、施工方法不当等。②收缩裂缝。由于大体积混凝土常常需要使用现代机械设备进行泵送，泵送过程中混凝土可以经由机械管道被送至施工位置，这个过程中其含水量相对较大，但是一旦混凝土中含水量较高时则会增强凝固时收缩性，最终形成收缩裂缝。究其形成原因主要与空气干燥程度、温度状况和原材料的塑性等相关。如果收缩力较大就会导致大体积混凝土本身难以承受其抗拉强度，最终致使收缩裂缝密集分布。③温差裂缝。大体积混凝土内部具有一定的温度，与其表面的温度不一致时二者之间就会形成一定的温差，一旦温差达到一定程度将会导致混凝土内外的约束力难以承受，最终引发混凝土变形。

4、主要抗裂防裂的控制措施

4.1施工前的工作

大体积混凝土施工作业之前需针对施工环境和施工要求制定温控方案，确保其方案合理、有效并能够符合控制指标。首先，依照相关规定模拟或验算施工过程中的多种影响因素，对其进行模拟与验算，估算大体积混凝土的温度应力、内外温差、收缩应力等，明确其内部约束条件，最终依照多项指标控制来实现大体积混凝土最佳的施工质量。其中，控制浇筑的混凝土升温峰值在45℃左右，确保大体积混凝土浇筑时内外温差低于30℃，合理控制其降温速率。其次，大体积混凝土模板施工应该严格依照国家指定的标准规范进行，施工前认真对其可靠性和稳定性进行检测，并依照养护标准进行合理养护。在进行拆除时应控制混凝土的承载力，确保温度适宜，降低温差对大体积混凝土的影响。接下来，根据水利工程实际情况正确选择浇筑方式。大体积混凝土的浇筑方式有两种，分别为推移浇筑和分层浇筑，为保证混凝土浇筑的顺利性，应该合理选择浇筑方式，浇筑过程需由低到高进行，尽可能的缩短大体积混凝土的浇筑时间间隔。最后，为提升混凝土的抗拉强度和结构强度应该在浇筑后进行振捣，同时清除掉混凝土底层的砂浆和表面的水。

4.2优化配合比设计，提高混凝土自身抗裂性能

围绕降低混凝土水化热，对混凝土配合比进行优化设计。通过实验室试配，确定了混凝土施工配合比如下：

水灰比0.5，水泥：水：砂：石子：粉煤灰：减水剂：纤维=272：170：713：1027：68：5.44：0.6。坍落度控制在14±2cm。?

对上述混凝土配合比各种材料的掺和及作用分述如下：?

（1）减少了水泥用量，充分利用了混凝土后期强度?

根据有关试验，水化热使混凝土的温度下降1℃，水泥用量必须减少10kg以上，混凝土温度才有可能降低4℃～7℃。本工程设计水泥用量仅为272kg/m3，减少混凝土收缩变形。?

（2）选用了级配良好的砂石料，有利于降低混凝土的水化热?

选用级配良好的砂石骨料，严格控制其含泥量，可提高混凝土的密度和抗拉强度，也有利于降低混凝土水化热，减少收缩变形。?

砂石：黄砂采用优质的骆马湖出产的中砂，含泥量<1%;?石子采用5～40连续级配的碎石，压碎指标<15%，针片状含量<15%，含泥量<1%。为了保证碎石含泥量指标，碎石要求在矿场上船运输前进行冲洗。?

（3）加入Ⅰ级粉煤灰?

混凝土中加入了F类Ⅰ级粉煤灰，根据实验室试配后确定了混凝土施工配合比掺入量为15%。掺入粉煤灰的作用为，掺入粉煤灰后，减少水泥用量，降低水化热;掺入粉煤灰提高硬化混凝土的弹性模量，减小收缩，增强混凝土的抗裂性能;掺入粉煤灰，也降低了工程成本。?

（4）掺入TMS-Y1-3型缓凝减水剂?

掺入缓凝减水剂有助于使混凝土在较长的时间范围内保持良好的和易性，延长初凝时间，将混凝土的初凝时间控制在6h左右，同时为了降低混凝土的水化热，推迟放热峰的出现，不影响后期水化和强度的增长。?

（5）加入聚丙烯抗裂纤维?

聚丙烯抗裂纤维加入到混凝土中可以起到阻裂作用，减少裂缝两端应力，防止裂缝继续扩张。加入到混凝土中的纤维经过拌合后呈均匀分布可以缩小大体积混凝土的塑性收缩，缩减大体积裂缝的扩展。聚丙烯抗裂纤维加入到混凝土中减少混凝土运输及浇筑过程中的离析现象，从而保证混凝土的质量。

4.3控制应用材料的品质

合理控制混凝土的建设品质。在施工时需进行降水处理，确保底板无水。为了增强底板的承受能力，同时利于同速度沉降，于底板防渗墙内加增3米的轻型井点降水。接下来进行地基测试，随后开挖底板基槽，整个过程切勿偷工减料，需依照标准进行，保证底板受力均匀。最后，分段开挖土方。

4.4制定合理的浇筑工艺，提高混凝土浇筑过程的防裂措施?

实践说明，混凝土施工过程中的浇筑工艺，对混凝土质量影响极大，特别在防裂方面，浇筑工艺不当，极易造成混凝土裂缝，而不断改善，提高混凝土浇筑工艺水平，可以大大提高混凝土防裂效果，大体积混凝土浇筑尤其如此。?

（1）保证混凝土浇筑量的连续供应?

本次浇筑混凝土共计1303m3，为保证工程混凝土浇筑连续供应量，防止因混凝土供应断档而产生不利于混凝土结构的施工缝、冷缝，为建筑物今后运行留下任何裂缝隐患，项目部在施工现场设立了两个搅拌楼，每台拌和楼的产量为60m3/h，砂石料采用装载机上料。并经过计量部门的检测合格后投入使用（称量误差为1%，满足规范要求）。?

根据现场浇筑情况，合理布置浇筑面，合理安排浇筑顺序，保证混凝土一次浇筑成型。具体布置形式是：站身底板顺水流向长度达35.8m，37m臂长泵车无法满足混凝土输送要求，故底板混凝土浇筑采用1台混凝土泵车、1台套HBT80混凝土输送泵输送混凝土入仓，配备4辆混凝土搅拌车运输混凝土至浇筑地点。混凝土泵车布置于进水侧护坦位置，固定泵布设于出水侧护坦位置。

（2）分层浇筑?

站身底板顺水流向特点是：排水廊道位置底板最低，底板底高程8.35?m，面高程10.05?m，该段长度9.165?m;出水流道空箱下底板为斜坡面，底板底高程8.35～11.5?m，相应的底板面高程9.55～12.833?m，坡比1：4，该段长度14m;进水流道底板为斜坡面，底高程8.35～10.266?m，面高程12.0～10.1?m，该段长度10.335m。根据底板结构的特点，采用水平分层法浇筑，分层厚度控制在40cm以内。最大分层浇筑强度在第④分层，总方量约255m3，按2台拌和机每小时保守产量80?m3计，约需3.2小时，可满足分层浇筑要求。?

浇筑时既要注意后续混凝土在与之相邻、相叠的混凝土初凝前与其结合，同时在保证混凝土不出现冷缝的条件下，浇筑速度适当放慢，以增加散热与热量交换。?

（3）周密布置振捣?

混凝土浇筑过程中，振捣工序极为重要，是控制混凝土密实度、匀质度的一个关键环节，振捣不匀、不实，极易给成型后的混凝土留下空隙，成为裂缝的隐患。本工程对混凝土振捣进行了周密布置，浇筑时仓面布置6台插入式振捣棒，混凝土浇筑应先平仓后振捣，振捣时间以混凝土粗骨料不再显著下沉，并开始泛浆为准，避免欠振或过振。使用插入式振捣器采用“快插慢拔”方式，插点均匀排列，逐点移动。振捣棒移动间距40?cm，振捣时间15—30s，振捣上层混凝土时应插入下层混凝5cm，间隔20～30min后进行二次复振。浇筑到上下游侧斜坡段时，控制进料速度，严格从底部向上进料，严禁从上向下让混凝土流淌。混凝土采用二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土的早期抗拉强度和弹性模量，以提高混凝土的极限拉伸强度。?

（4）抓好泌水处理?

混凝土浇筑过程中将产生泌水，大体积泵送混凝土产生的泌水量较一般混凝土多，如不及时处理，易使混凝土表面产生龟裂。同时还会使混凝土内部形成连通孔道，当水分蒸发后，这些孔道实际上成为外界水分和空气侵蚀混凝土内部的缝隙，为钢筋过早锈蚀，造成混凝土开裂留下隐患。因此混凝土浇筑过程中，要认真及时处理好泌水。大流动性混凝土在浇筑、振捣过程中，游离的泌水和浮浆顺混凝土坡面下流至坑底，利用基坑内的排水井进行排水。当混凝土坡底至顶端时，要改变抽水方式，用小型潜水泵，逐步抽出水洼中的泌水。混凝土表面泌水不多时，用海绵进行吸水处理，严禁在模板上开洞放水，带走砂浆，降低混凝土表面强度。混凝土在初凝后，终凝前，反复搓平压实，以控制混凝土表面龟裂，最后一遍面收光后，及时用塑料薄膜覆盖养护。?

4.5抓好测温养护，巩固混凝土在后期硬化过程中防裂的效果?

大体积混凝土成型后，在强度增长的过程中，对内外温差极为敏感，控制稍有疏忽或养护不当，也极易产生裂缝。?

（1）浇筑完成后的混凝土养护控制。?

大体积混凝土控制裂缝最行之有效、最简单的方法是混凝土表面的保温、保湿。保温是为了使混凝土表面温度散失在可控范围之内，保证混凝土内外温差满足规范要求、防止表面裂缝;同时充分发挥混凝土的潜力和材料的松弛特性，使混凝土的平均总温度所产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。保湿的作用则是防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝，另外可使水泥的水化顺利进行，提高混凝土的极限抗拉强度。模板采用了竹胶板，散热慢，在混凝土浇筑完毕，底板面采用薄膜加草包作保温、保湿养护。草包采用迭缝铺放。专人每2小时浇水一次。对于混凝土侧壁采用推迟拆模，模板松动后，立即浇水养护并用草包覆盖。养护保温时间不少于14天，以延缓降温速率，充分发挥混凝土的应力松弛作用。?

（2）加强温度的检测和管理?

混凝土浇筑完成后为指导养护措施，需要及时掌握混凝土内外温差。在底板布置测温点，采用Φ48钢管预埋。测温设备采用DM6902袖珍数字温度表，配TP02探点。每管内均匀测3个点，管面测一个表面温度。测温时间为：混凝土入模开始3d内，每4h测一次;3～7d每6h测一次;7～12d每8h测一次;12d后每天测一次。整个测温过程中温度差未达25度，说明本工程温控效果是好的。?

5、结束语

综上所述，通过大体积混凝土配合比优化、浇筑工艺及完成后的养护控制，施工单位实验室及监理单位的平行检测，混凝土试块强度，抗冻、抗渗均满足设计要求，经江苏省南水北调办指定河海大学实验室检测，混凝土强度、抗冻、抗渗符合设计及规范要求。经现场检查混凝土未发现裂缝现象，达到了大体积混凝土的质量控制目标，说明本工程质量控制方法措施是正确的、可行的、有效的。

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