高强混凝土在恶劣浇筑环境下早期抗裂研究

2012-09-06 00:54伍柏华
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:预防措施裂缝混凝土

摘要: 混凝土尤其是高标号、高水泥用量,低水胶比混凝土容易产生裂缝,当浇筑施工环境恶劣的时候,混凝土裂缝的控制难度就更加大。本文结合铜场水库泄洪(导流)洞底板混凝土早期裂缝问题,分析裂缝产生的原因,介绍了现场所采取的预防控制措施。

关键词: 混凝土;裂缝;预防措施

中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:

1 引言

在建筑工程施工中,混凝土裂缝的产生是一个普遍存在的问题,高强混凝土在恶劣的浇筑施工环境下,就更容易产生裂缝,甚至是贯穿性裂缝。而裂缝的解决是一个较为棘手的问题,它需要较高水平的施工工艺措施和较为严格的养护条件。本文结合铜场水库泄洪(导流)洞底板混凝土早期裂缝问题进行了一个初步的探讨。

2 工程概况

铜场水库位于新疆库车河中游河段的尾部,水库总库容为6560万m3,主要建筑物为:粘土心墙坝、泄洪(导流)洞和表孔泄洪洞。

泄洪(导流)洞布置在左岸,由进口引渠段、闸井段、洞身段、出口消能段组成。主要任务是施工期导流,运行期泄洪、排沙、放空水库、灌溉及城市工业用水。设计流量370m3/s,校核流量606m3/s。

泄洪(导流)洞进水口闸井底板高程1295m,闸井长26m,宽9.6m,顶部高程1334m,闸井内设置平板事故检修门和弧形工作门。洞身长477.48m,纵坡1/45,为无压明流洞,洞身断面为城门洞型,标准断面尺寸为7m×7.6m,拱顶角为120°,在侧墙与底板相接处设一半径0.7m的圆弧,洞身每10m设一道伸缩缝,缝宽2cm,内设止水及填缝材料。洞出口底板高程1284.401m,洞内最大流速24.7m/s,出口消能采用挑流消能形式,挑流鼻坎采用异型挑坎。

3 气候特征

库车河流域地处中天山南麓,远离海洋,属于大陆性暖温带干旱气候。气候特征为光照充足,降水稀少,空气干燥。多年平均气温11.4℃,七月份温度最高,多年平均值25.7℃;一月份气温最低,多年平均值-7.8℃;极端最高气温41.5℃,极端最低气温-27.4℃。多年平均风速2.4m/s,多发生在5~7月,6月份风速最大,多年平均风速3m/s。多年平均降水123mm,多年平均蒸发量1598.2mm,多年平均相对湿度43%。

4 地质条件

泄洪(导流)洞洞身段上覆岩体厚52~250m,穿越的地层为第三系中-上新统N1-2k2~N1-2k3岩层,岩性由互层状的粉砂质泥岩、泥岩、砂岩组成,岩层产状276°SW∠60°,与洞线夹角80°。围岩主要由弱风化和微风化~新鲜的岩体构成,岩体完整。

5 设计技术要求

泄洪(导流)洞洞身底板及侧底拱混凝土设计指标为C40F200W6、二级配、高抗硫酸盐水泥、掺纤维,洞身边墙及顶拱混凝土设计指标为C25F200W6、二级配、高抗硫酸盐水泥,洞身段钢筋混凝土衬砌厚度均为0.5m。

由于洞身底板存在超挖现象,基岩面高低不平,成波浪状,采用C15高抗硫混凝土回填,垫层混凝土最厚处达1.2m左右。

6 裂缝分布状况

第一、二块垫层混凝土、底板混凝土浇筑时间在8~9月份,混凝土前期没有发现裂缝,在底板混凝土浇筑完毕后七天内发现裂缝。其中表面裂缝较多,左侧25条,右侧10条,最长为1.33m;深层裂缝和贯穿性裂缝纵横向均有,呈网状,将底板分成七块。对裂缝分布交叉处进行钻芯取样分析,裂缝的形态为波状,绕开砾石向下延伸,张性,张缝从上向下变细,张缝宽0.1~0.75mm,不规则,裂缝倾角60°~90°变化,为贯穿性裂缝。

7 裂缝原因分析

通过对洞身围岩取岩样进行崩解试验,岩块试验自由膨胀率为40%~58%,属弱膨胀性岩石,首先排除地质原因——泥岩膨胀引起混凝土裂缝的可能性。

经对现场施工工艺和洞内施工环境分析,底板混凝土裂缝应当属于早期塑性收缩裂缝。因为混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,而洞内风速大、空气极其干燥,养护措施落实不到位,混凝土表面失水过快,造成混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土强度又无法抵抗其本身的收缩,而产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的终凝时间、环境温度、风速、相对湿度等。

8 预防控制措施

混凝土表面裂缝在不影响整体质量的前提下可以存在,但贯穿性裂缝是绝对不能存在的,尤其是泄洪(导流)洞。因为在运行期间,高速水流冲刷下,裂缝处将会产生极高的水压力,钢筋锈蚀,从而引起混凝土进一步开裂,严重影响混凝土底板的整体性。鉴于混凝土贯穿性裂缝的危害性,根据裂缝产生的原因,在后期的混凝土浇筑中,主要采取以下一系列的优化措施,很好解决了混凝土早期塑性收缩裂缝的问题,保证了混凝土质量。

8.1 配合比的优化

混凝土配合比首先考虑混凝土拌合物的和易性、坍落度、粘聚性是否满足技术指标要求,然后测定含气量是否符合技术要求,再成型混凝土抗压强度试件。配合比优化设计主要通过控制水灰比,降低水泥用量,提高粉煤灰掺量等手段。配合比优化设计要充分体现安全可靠、经济合理的原则,即在满足设计指标的要求下,同时考虑混凝土的工作性,以方便施工。

根据DL5144-2001《水工混凝土施工规范》中有关水灰比最大允许值的规定,由于工程所在地属于严寒地区,洞内受高速水流冲刷,基岩裂隙水具有强腐蚀性,考虑混凝土耐久性要求,最后选用水灰比从0.4~0.35。

掺粉煤灰能有效改善混凝土的工作性及混凝土的孔结构,使孔径得以细化和均化,提高混凝土的密实度,从而提高混凝土的抗渗、抗冻、抗侵蚀及抑制骨料碱活性等耐久性,还可以减少混凝土的泌水与离析现象,减少温度应力,抑制温差产生的裂缝等。为了充分发挥粉煤灰的后期增强效果,以便能提供经济性及工作性最佳的混凝土,选用混凝土的粉煤灰掺量为25%。

8.2 施工工艺措施的优化

在导流洞进出口处挂布帘,以防止洞内穿堂风造成混凝土表面失水过快。当垫层很厚时,让垫层混凝土提前浇筑,等垫层混凝土充分散热后再浇筑上面的底板混凝土。底板混凝土浇筑采用跳仓浇筑,垫层混凝土与底板混凝土之间设一道沥青涂层作为隔离层,减少上下层混凝土的约束影响。

加强对原材料的检验,以保证原材料的质量。对每一批次的水泥进行物理力学性能的检验;由于砂石骨料的含泥量对混凝土强度影响较大,施工中严格控制砂石骨料的含泥量,当混凝土拌合前检测发现含泥量超出规范要求时,对砂石骨料重新清洗后方可使用。

8.3养护措施的落实

加强混凝土的早期养护,刚浇完的底板混凝土采用毛毯和塑料布覆盖,提高养护水温度,以降低混凝土内外温差,达到保温保湿的养护条件,以降低塑性收缩裂缝的产生,边墙和顶拱混凝土采用喷养护剂进行养护。

9 小结

混凝土裂缝的危害是巨大的,它影响结构的耐久性和安全使用年限。因此必须加以重视,在工程实践中以预防控制为主,若结构出现裂缝要认真分析原因,并采取相应的措施加以妥善处理。

伍柏华(1979-),男,广东江门人,工程师。

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