大體積混凝土質(zhì)量通病主要是裂縫。我們先分析原因,再采取積極有效措施,防止了影響建筑物安全的貫穿性裂縫的產(chǎn)生,確保了防洪、航運以及發(fā)電建筑物的質(zhì)量。
大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。除外部荷載作用產(chǎn)生的荷載裂縫和地基變形產(chǎn)生的裂縫外,還有因溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫。
(1)水泥水化熱影響產(chǎn)生的裂縫。
水泥水化過程中放出大量熱量,且主要集中在澆筑后的7d左右。尤其對于大體積混凝土來講,這種現(xiàn)象更加嚴重。由于混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同,因此混凝土中心溫度很高,這樣就會形成內(nèi)外溫差,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當溫度應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。
(2)混凝土收縮影響產(chǎn)生的裂縫。
混凝土在不受外力情況下,在空氣中自然硬結(jié)時體積收縮,受到外部約束時(支承條件、鋼筋等),將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得混凝土開裂。
(3)外界氣溫濕度變化的影響產(chǎn)生的裂縫。
混凝土具熱脹冷縮性質(zhì),當外界氣溫濕度發(fā)生變化時,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間,外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。
(4)其他因素的影響產(chǎn)生的裂縫。
混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫,一般是混凝土配合比中,粗骨料級配不連續(xù)、數(shù)量不夠,砂率及水灰比不當所造成的裂縫。
還有,施工材料質(zhì)量、施工工藝質(zhì)量及鋼筋銹蝕引起產(chǎn)生混凝土裂縫。
2、防止產(chǎn)生裂縫措施
大體積混凝土的裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性,危害嚴重,必須加以控制。針對產(chǎn)生裂縫的各項原因,針對性地采取防治措施,并將這些措施貫穿于混凝土施工的全過程,從混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養(yǎng)護保溫等。
2.1優(yōu)選混凝土各種原材料
(1)水泥的選擇。
水泥水化過程中會釋放大量熱量,因此在大體積混凝土施工中應(yīng)選用低熱或中熱的大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等,以降低混凝土的溫升,提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。在飛來峽水利樞紐工程中,水泥主要品種有廣州金羊牌425#普通硅酸鹽水泥和英德南華425#普通硅酸鹽水泥,前期船閘導(dǎo)墻部位使用小部分云浮高壩牌425#普通硅酸鹽水泥,F(xiàn)場抽樣結(jié)果表明,水泥滿足國標《硅酸鹽水泥,普通硅酸鹽水泥》(GB175-92)要求。
(2)骨料的選擇。
在選擇粗骨料時,應(yīng)盡量選擇吸水性較小,收縮性較低的石料。飛來峽工程選用的就是大崗嶺石料場的花崗巖碎石,該石料吸水性小,收縮性低,符合質(zhì)量要求,生產(chǎn)人工花崗石碎石,采用四級石料。
(3)摻加外加料和外加劑。
外摻劑保水性較好,混凝土收縮較小。摻加適量粉煤灰,可減少水泥用量,從而達到降低水化熱的目的。本工程主要摻用廣州黃埔熱電廠及虎門熱電廠Ⅱ級灰,小部分廣州西村熱電廠Ⅱ級灰。
摻加適量的減水劑,它可有效地增加混凝土的流動性,且能提高水泥水化率,增強混凝土的強度,從而可降低水化熱,同時可明顯延緩水化熱釋放速度。
本工程減水劑主要采用了糖蜜緩凝劑及緩凝高效減水劑FDN1000。
(4)精心設(shè)計混凝土配合比。
除了保證原材料的選用質(zhì)量外,精心設(shè)計混凝土配合比也很重要。應(yīng)合理設(shè)計配合比,生產(chǎn)出高強、高韌性、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。為了保證此環(huán)節(jié),我公司成立了工地試驗室,嚴格執(zhí)行《飛來峽工程大壩砼配合比使用規(guī)定》等要求,確保工程施工配合比質(zhì)量。
2.2施工控制措施
為了防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫,一般常規(guī)的施工控制措施是采用控制混凝土入模溫度、澆筑速度等方法。但由于本工程所在地多年平均氣溫大于30℃達127天,并且混凝土總方量約100萬立方米。壩段基礎(chǔ)面積大,其中廠房壩段主機段基礎(chǔ)面長75.5米,單機寬21米;溢流壩段基礎(chǔ)面長30米,寬17.5米。如果不能采取有效的溫控措施,容易產(chǎn)生貫穿性或大量的局部裂縫。
為解決5月~10月澆筑基礎(chǔ)約束區(qū)大體積混凝土的溫控防裂問題,補償溫度應(yīng)力,簡化溫控措施,加快工程進度,結(jié)合水電二局在青溪工程中應(yīng)用外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)取得的成功的經(jīng)驗,經(jīng)多方論證,業(yè)主和設(shè)計同意采用外摻MgO微膨脹混凝土技術(shù)作為大體積混凝土的主要溫控防裂措施。
2.3裂縫治理措施
在保證了原材與采取了各種有效施工措施后,混凝土仍有可能產(chǎn)生裂縫,這需要我們采取合理可靠的裂縫處理措施解決,以保證工程的安全穩(wěn)定運行。在發(fā)現(xiàn)了臨時裂縫后,必須對裂縫部位進行全面、徹底的水、氣清理,準確地找到裂縫,確定裂縫的嚴重程度,如需處理,可采用水泥常規(guī)水泥灌漿方案或化學(xué)灌漿方案。先沿縫鑿槽及修平順,接著埋管、封填水泥砂漿或環(huán)氧砂漿,待凝查漏后進行化學(xué)灌漿后切割管頭。
具體的施工過程是:
(1)鑿槽:辯清裂縫走向后,沿縫隙兩邊鑿適宜寬度與深度的梯形槽。
(2)埋管封槽:用噴氣嘴、噴燈將槽內(nèi)的塵碴吹凈、烘干,檢查裂縫貫通情況,埋設(shè)透明膠管,該膠管剪開處朝向裂縫,上部采砂水泥砂漿或環(huán)氧砂漿封槽抹平,上部進行養(yǎng)護,膠管引出管頭供查漏和灌漿或排氣用,以保證灌漿效果。
(3)待凝查漏:埋管封槽后,待凝5~7天,壓氣檢查封槽的密封情況,同時檢查有無遺漏,確保灌漿質(zhì)量,檢查無漏后在表面涂環(huán)氧1~2次。
(4)化學(xué)灌漿:化學(xué)灌漿宜在低溫季節(jié)進行,灌漿材料宜采用粘結(jié)強度高、有一定親水性、凝結(jié)時間可調(diào)配,凝結(jié)后膠質(zhì)穩(wěn)定性好、有彈性,適合小縫灌注的化學(xué)材料。灌漿機械可采用電動泵或手搖泵兩種,當檢查發(fā)現(xiàn)裂縫可灌性較好時,現(xiàn)場配制灌漿材料,即可灌注。
(5)切割管頭:在灌漿完畢后,等化學(xué)灌漿材料充分凝結(jié)后,割除管頭,用砂漿磨平。