摘要:水閘閘墩是水利工程的重要組成部分,屬于混凝土結(jié)構(gòu),但在澆筑后時(shí)常會(huì)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象,給水閘的運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。本文結(jié)合筆者多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析了水閘閘墩裂縫形成的原因,并從材料、施工過(guò)程、約束以及后期養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)提出有效的溫控防裂措施,防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。供類似工程參考。 

 
  關(guān)鍵詞:水閘閘墩;混凝土裂縫;內(nèi)外溫差;防裂措施 
  中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 
  1 引言 
  隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,政府加大了對(duì)城市水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)投入,水閘工程數(shù)量日益增加。水閘是常見的水工建筑物,具有排洪、排澇、減災(zāi)等作用,主要應(yīng)用于水庫(kù)的水位控制及水量調(diào)節(jié)當(dāng)中。水閘閘墩為混凝土結(jié)構(gòu),和很多混凝土工程一樣,水閘閘墩在澆筑完成后時(shí)常有裂縫產(chǎn)生的現(xiàn)象,這不僅影響到水閘閘墩建筑物的整體性能和使用壽命,嚴(yán)重情況下會(huì)影響到建筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)法正常使用。裂縫問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)困擾著水利工程界,一直未能得到很好地解決。因此,本文對(duì)水閘閘墩裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析,提出一些針對(duì)性的溫控防裂措施,這對(duì)做好水閘閘墩混凝土裂縫的防治工作具有重要意義。 
  2 水閘閘墩裂縫形成原因分析 
  水閘主要是由底板和閘墩組成,是呈倒T字形“墻板”式水工混凝土結(jié)構(gòu),閘墩底部受閘底板約束,上部可以自由伸縮;炷辆哂袩崦浝淇s的性質(zhì),其線膨脹系數(shù)一般為1.0×10-5/℃左右,水化反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱,在1~3d內(nèi)可放出熱量的50%,甚至更多。當(dāng)混凝土達(dá)到最高溫度后,隨著熱量的散發(fā)又開始降溫,直到與環(huán)境溫度相同。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),混凝土內(nèi)外產(chǎn)生較大溫差,而建筑物往往受到各種約束,在溫度變形和約束的共同作用下,產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力而形成裂縫。閘墩混凝土裂縫形成的主要原因有:內(nèi)外溫差、底板約束和混凝土收縮。 
  2.1 內(nèi)外溫差 
  閘墩作為大體積混凝土,再加上混凝土是熱的不良導(dǎo)體,因此在閘墩內(nèi)部和表面易形成溫差。對(duì)于閘墩混凝土,在早期容易產(chǎn)生“內(nèi)部受壓、表面受拉”的情況。混凝土的溫度變化大體上可以分為升溫和降溫兩個(gè)階段。 
  在混凝土澆筑后的溫升時(shí)期,水化反應(yīng)產(chǎn)生大量熱,混凝土溫度上升,熱量傳遞的時(shí)候容易在內(nèi)部積存,表面混凝土的溫升幅度遠(yuǎn)小于內(nèi)部混凝土。大約在2d后,內(nèi)部混凝土的溫度達(dá)到峰值,此時(shí)內(nèi)外溫差也達(dá)到最大。雖然閘墩內(nèi)外混凝土都處于膨脹變形狀態(tài),相對(duì)于內(nèi)部混凝土來(lái)講,外部混凝土處于收縮狀態(tài),從而形成變形約束,導(dǎo)致閘墩表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,內(nèi)部出現(xiàn)壓應(yīng)力。由于早期混凝土彈性模量小,而應(yīng)力很大,因此容易產(chǎn)生裂縫。 
  升溫階段結(jié)束后,是散熱階段。閘墩內(nèi)外混凝土溫度都逐漸降低,但內(nèi)外散熱條件不同,外部混凝土和外界環(huán)境接觸,熱量容易散發(fā),內(nèi)部混凝土散熱條件差,于是在降溫階段又造成了外部溫度低于內(nèi)部溫度,與升溫階段產(chǎn)生同一方向的溫度梯度,導(dǎo)致了變形的不一致。內(nèi)部膨脹受到外部的限制,外部收縮受到內(nèi)部約束,于是在表面混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。拉應(yīng)力超過(guò)極限抗拉強(qiáng)度時(shí),裂縫就會(huì)產(chǎn)生。 
  另外,在遭遇寒潮或者晝夜溫差較大的天氣時(shí),混凝土表面的溫度急劇降低,內(nèi)外溫差會(huì)突然變大,導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。 
  2.2 底板約束 
  閘墩是底板固結(jié)在底板上。上部自由的結(jié)構(gòu)。由于底板和閘墩混凝土施工間隙時(shí)間較長(zhǎng),在建筑閘墩時(shí),底板混凝土已經(jīng)固結(jié)。閘墩沿其高度方向可以自由伸縮,不受約束;厚度方向由于閘墩厚度不大,約束很;而沿水流方向,則受板約束相對(duì)很大。后期閘墩混凝土除自身相互約束外,底板對(duì)閘墩的約束作用強(qiáng)。早期混凝土彈性模量較少、徐變度大,還處在塑性狀態(tài),而當(dāng)混凝土溫度下降時(shí),由于底板對(duì)降溫引起的混凝土收縮有約束作用,混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,閘墩中間靠近底板的部位通常成為閘墩拉應(yīng)力最大的區(qū)域。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí),便會(huì)開裂。 
  2.3 混凝土收縮 
  混凝土的收縮分為干縮、自身收縮和塑性收縮。水化反應(yīng)中,隨著水泥的凝結(jié)、硬化,混凝土中的水分會(huì)慢慢揮發(fā),引起混凝土體積縮小、變形,這種變形稱為干縮。由于表面混凝土跟空氣接觸,水分蒸發(fā)的速度總比內(nèi)部混凝土快。表面混凝土的收縮程度比內(nèi)部混凝土大,收縮變形會(huì)受到內(nèi)部混凝土的制約,因此在表面混凝土中會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。雖然干縮裂縫只發(fā)生在混凝土的表面,且比較細(xì)小,但時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)誘導(dǎo)裂縫的發(fā)展,危及結(jié)構(gòu)的安全。 
  自身收縮與干縮一樣,都是由于水的遷移而引起的。但自身收縮不是由于水向外蒸發(fā)散失,而是因?yàn)樗嗨瘯r(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降,形成彎月面,產(chǎn)生自干燥作用,使混凝土體的體積減小。通常,水灰比的變化對(duì)干燥收縮和自身收縮的影響是不一樣的。當(dāng)混凝土的水灰比降低時(shí),干燥收縮減小,而自身收縮增大。但是,當(dāng)水灰比小于0.135時(shí),體內(nèi)相對(duì)濕度會(huì)很快降低到80%以下,自身收縮與干縮幾乎各占一半。此外,兩種收縮完成的時(shí)間也不一樣。在模板拆除之前,混凝土的自身收縮幾乎已經(jīng)產(chǎn)生;而干燥收縮,除了未蓋且暴露面很大的地面以外,許多構(gòu)件的干縮都發(fā)生在拆模以后。在大體積混凝土里,即使水灰比并不低,自身收縮量值也不大,但是它與溫度收縮疊加到一起,就會(huì)使裂縫迅速擴(kuò)展。 
  3水閘閘墩溫控防裂措施 
  3.1 混凝土材料選擇 
  (1)選擇低熱水泥 
  影響混凝土絕熱溫升的因素包括水泥品種、水泥用量、混合材料品種和澆筑溫度。水泥品種對(duì)絕對(duì)溫升的影響主要是水泥中的礦物成分產(chǎn)生水化熱。水泥礦物成分中發(fā)熱速率最快和發(fā)熱量最大的是鋁酸三鈣,其他成分依次為硅酸三鈣和硅酸二鈣。水泥越細(xì),發(fā)熱量速率越快,但細(xì)度不影響最終發(fā)熱量。因此,進(jìn)行水閘混凝土澆筑時(shí),應(yīng)選擇水化熱低的水泥,適當(dāng)提高C2S和C4AF的含量,并限制C3A和C3S的含量。 
  (2)選用熱學(xué)性能好的骨料 
  水工混凝土各種成分的質(zhì)量百分比大致為:石子63%~65%,砂子22%~23%,水泥7%~1O%,水約5%。石子對(duì)混凝土熱性能的影響最大,其次為砂子。因此,混凝土的熱學(xué)性能在一定程度上取決于粗骨料的礦物性質(zhì),優(yōu)先選用熱學(xué)性能好的骨料是混凝土溫度控制的根本措施之一。目前,我國(guó)各地工程所需的骨料基本是就地取材;對(duì)于天然骨料,應(yīng)該按規(guī)范要求進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)。在缺乏天然骨料的地區(qū)使用人工骨料時(shí),應(yīng)盡量選用線膨脹系數(shù)小的骨料。 
  (3)減少膠凝材料的用量 
  摻人一定量的混合料有利于降低水化熱。在混凝土的摻混合料研究中,摻加粉煤灰技術(shù)已經(jīng)較為成熟,并已在我國(guó)廣泛應(yīng)用。摻加粉煤灰后,雖然降低了混凝土的早期強(qiáng)度和極限拉伸值,但混凝土發(fā)熱量大大降低。以7d齡期為例,僅從降低混凝土溫升與混凝土極限拉伸值相比較(忽略混凝土早期徐變?cè)黾、彈性模量降低等因?,摻加混合料極限拉伸值會(huì)降低19×10-6mm,而溫度變形值會(huì)降低34.1×10-6m,可以看出,對(duì)混凝土抗裂是有利的。 
  另外,根據(jù)工程要求和建筑物所處的環(huán)境條件,選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿,也是減少水泥用量和降低混凝土水化熱的重要措施之一。 
  3.2 混凝土澆筑時(shí)間 
  混凝土的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng),而混凝土卻是不良導(dǎo)熱體,混凝土內(nèi)部的熱量很難散發(fā)出去。如在高溫季節(jié)施工,外部的環(huán)境溫度很高,不利于混凝土的散熱。所以,混凝土的施工應(yīng)避開夏季高溫時(shí)段,尤其是夏季中午時(shí)段,可以選擇溫度低的夜間進(jìn)行施工,同時(shí)注意混凝土的養(yǎng)護(hù)。 
 
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