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1、1浅析薄壁混凝土裂缝控制技术安阳项目部 王金杰【摘 要】本文结合南水北调中线一期工程安阳段渠道衬砌薄壁混凝土的工程实践，介绍了长距离,大面积渠道衬砌薄壁混凝土裂缝的主要控制技术。【关键字】薄壁混凝土 裂缝 控制技术 1 工程概况南水北调中线一期工程安阳段渠道衬砌全长 3277m, 薄壁混凝土施工面积 19 万 m2。渠道采用梯形断面，设计渠底宽度为 18.5m，渠底内一级边坡1：2，渠道纵比降为 1/28000，混凝土设计标号为 C20(W6F150)，渠坡混凝土板厚 10cm，渠底混凝土板厚 8cm，混凝土板纵横向以 4m 设一道分缝，通缝与半缝间隔布置。顺水流方向从下往上分缝依次为半缝-通
2、缝-半缝-通缝，缝宽 2cm、半缝深为渠底 6cm，渠坡 6cm。通缝深为渠底 8cm，渠坡10cm。(渠道衬砌结构图如下）渠道衬砌薄壁混凝土这种结构能有效地防止渗漏，降低渠道糙率且方便维修，若裂缝较多会影响混凝土的质量和使用寿命，甚至遭到破坏达不到防渗效果。实际施工中薄壁混凝土容易产生裂缝，我们在施工中采取了多种防裂控制技术，有效地降低了裂缝的产生，取得了较好的经济效果。2说明：图中尺寸单位为 mm。2 薄壁混凝土裂缝产生的原因薄壁混凝土施工中由于干缩、混凝土自身质量、水泥水化热、温度、地基变形、荷载、碱骨料反应等原因容易产生裂缝。2.1 干缩裂缝产生的原因混凝土的干缩裂缝主要是由于毛细孔隙
3、压力造成的。毛细孔隙在干燥过程中逐步失水，产生很大的毛细孔隙张力，混凝土体积产生收缩，由于混凝土周围存在约束，内部又有拉应力，当拉应力超过混凝土材料抗拉强度时，便引起了干缩裂缝。2.2 混凝土因自身质量欠缺而形成的裂缝的原因高强混凝土水泥的强度等级和水泥用量相对较高，开裂现象比较普遍，因此，高强混凝土不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土因具有较高的体积稳定性，收缩变形较小而使抗裂性能大大提高，同时高强混凝土必须采用高效减水剂、引气剂、保水、增塑等复合型外加剂和掺加粉煤灰来减小水泥和水的用量，降低水胶比，提高混凝土强度，易于满足耐久性和工作性的要求。2.3 施工环境3施工温度超过 300C，低于
4、 50C 和干旱、多风、日晒的天气施工时，薄壁混凝土由于内外温差超过 200C 和表面失水过快均会不同程度的形成表面裂缝。2.4 施工工艺薄壁混凝土衬砌在削坡后的基面、砂垫层、保温板和复合土工膜上面，当它下面任一工序没有达到设计要求时，在不均匀沉降的基层上，薄壁混凝土承受荷载后会产生变形造成荷载裂缝。薄壁混凝土在施工过程中和易性的好坏，振捣是否密实直接关系到薄壁混凝土衬砌完成后产生不均匀的拉应力，造成薄壁混凝土表面不同程度的拉裂，甚至产生贯穿裂缝。3 薄壁混凝土裂缝的控制3.1 原材料的控制3.1.1 水泥水泥采用鹤壁同力牌普通硅酸盐 P.o425 水泥，我部试验室针对水泥供应商提供的水泥，必
5、须提供水泥的原产地和试验检测机构出具的质量合格证明，分别按 1 批（次）/200 吨取样委托进行水泥全套指标检查，以确保水泥质量。3.1.2 骨料3.1.2.1 粗集料粗集料采用反击式破碎机轧制的碎石,石料选材应坚硬、清洁、不含风化颗粒、并经试验检验合格的规格料。 （技术要求见表 1）3.1.2.2 机制砂机制砂采用专用的制砂机制造,石料选材应洁净、干燥、无风化、无杂质的适当颗粒级配。 （技术要求见表 2）3.1.3 外加剂4在水工混凝土中掺入适宜外加剂，能改善混凝土和易性、可调节凝结时间、提高强度和耐久性，本工程选用了高效减水剂和引气剂两种外加剂。外加剂进场后，分不同品种标记，分别储存在固定
6、场所，每批产品应有出厂检验报告和合格证，工地试验室根据混凝土外加剂GB8076-1997、混凝土外加剂应用技术规范GB119-1988 和水工混凝土外加剂技术规程DL/T5100-1999 的标准对每批产品进行验收检验。粗集料技术要求 表 1项次 检查项目 质量标准 检验方法 检验数量1 泥土杂质含量() 12 泥块含量 不允许3 有机质含量 浅于标准色主控项目4 针片桩颗粒含量() 15现场取样、专项检测每 500 m3检验一次1 压碎值()16（水成岩） ；20（变质岩、火成岩）2 坚固性() 5（有抗冻要求的）3 石料强度 混凝土强度的 1.3 倍4 硫化物及硫酸盐含量() 0.55 表
7、观密度（/m 3） 25506 吸水率（） 2.5超径 原孔筛5，超径筛为 0一般项目7 超逊径含量逊径 原孔筛10，超径筛 2现场取样、专项检测每 500 m3检验一次机制砂技术要求 表 2项次 检查项目 质量标准 检验方法 检验数量1 含泥量（） 32 泥块含量 不允许3 有机质含量 浅于标准色主控项目4 石粉含量（） 618一般项目1 表观密度（m 3） 2500现场取样、专项检测每 500 m3检验一次52 硫化物及硫酸盐含量 13 细度模数 2.42.84 轻物质含量（） 15 坚固性（） 8（有抗冻要求的）当骨料中有一项不符合技术要求的原材，均不允许进场使用，此项工作由工地试验室专
8、门控制。3.2 干缩裂缝的控制3.2.1 降低混凝土单位用水量：用水量的增加务必使得剩余水增加，从确保混凝土耐久性出发，应降低混凝土单位用水量。本工程单位用水量为130kg。3.2.2 水泥的影响：采用不同品种的水泥，混凝土收缩也不同，按收缩值大小排序：矿渣水泥普通水泥粉煤灰水泥。本工程采用普通硅酸盐水泥(P.o425) ，混凝土搅拌过程中掺用粉煤灰。3.2.3 降低混凝土周围约束：若混凝土周围约束过大，内部拉应力无法释放，拉应力增大而使混凝土干裂，因此，应减少混凝土的分仓长度，以使混凝土内部拉应力能够充分释放。分段浇筑长度为 8m 的整数在 16m40m 范围内。 综上所述，本工程混凝土(C
9、20W6F150)的设计配合比(单位：kg/m 3)如下表:水泥(P.o425) 人工砂小石(520mm)中石(2040mm) 粉煤灰 水减水剂(UNF-A)引气剂(HT-YF)203 730 499 749 68 130 5.20 0.0352按设计配合比砂率 37%、水胶比 0.48、坍落度 6080mm、减水剂掺量 2%，引气剂掺量 0.01%、粉煤灰掺量 25%。混凝土中掺加粉煤灰技术在行业内尚处于探索阶段，所以替代量并不很大仅有 25%。根据有关资料，混凝土中 1 m3水泥用量每增减 10kg，水化热相6应升降 11.2 0C，即本工程中掺用的粉煤灰使混凝土内部温度下降了约6.88.
10、2 0C，从一定程度上控制了裂缝的产生。3.3 地基处理和砂垫层、保温层、防渗层铺设的控制3.3.1 削坡的控制渠道大面积土方开挖时，边坡预留厚度一般为 50cm，采取先用挖掘机进行预削，留 10cm15cm 改为人工削坡。人工削坡时，每隔 1m 均拉线用标尺检测，每隔 2m 用平整度检测尺进行平整度检测，并用坡度尺控制边坡成型坡度正确，基面平整度误差不大于2cm/2m。为防止削坡后的边坡出现干裂我部采取用彩条布及时覆盖等防风、保水措施，减少坡面的开裂和变形。在削坡过程尽量避免有超挖、雨淋沟或坍坡，如果有及时进行补坡，补坡前将坡面清理成锯齿形，分层夯实，补坡厚度高出设计断面，最后人工削出高出部
11、分。3.3.2 砂垫层铺设的控制砂垫层用专门制作的砂子摊铺机摊铺，实际摊铺厚度采用水准仪测量和尺量控制在 0+20mm 范围；选用 1.2KW 的平板振动器安装在砂子摊铺机的行走小车上进行振动碾压，现场用灌砂法检查砂垫层压实度使相对密度达到0.7；压实度达到要求后用 2m 铝合金直尺进行人工刮平，最终使砂垫层表面平整达到 10mm/2m。3.3.3 保温板铺设的控制保温板厚度偏差1mm，应无缺角、断裂、局部凹凸现象；采取错缝梅花型铺设，铺放整齐、粘结严密，两板连接处的高差不得大于 2mm；采用竹签固定保温板，竹签顶部易略低于保温板顶面 4mm 左右以防划伤复合土工膜，保温板固定后紧贴基面不得出
12、现悬空现象，保温板铺设后应保持板面完整，洁净，不应踩踏、放置重物。当不可避免地在保温板行走时，采取铺设防护木7板或穿平底软鞋。3.3.4 复合土工膜铺设的控制复合土工膜为两层土工布夹一层膜，铺设应自然松弛与支持面贴实，不得褶皱、悬空，铺设后上端用木桩闹固定位，铺设过程中两块复合土工膜搭接处应预留不少于 10cm 的搭接长度，误差 0+20mm，用缝纫机缝好膜下层土工布，采用焊接机焊接后进行充气试验用 0-0.15Mpa 压力针在双缝间充气稳定 1min 不漏；最后采用缝纫机缝好膜上层土工布后贴好宽胶带。3.4 施工环境的控制3.4.1 高温施工薄壁混凝土施工温度不宜大于 280C，日最高气温超
13、过 300C 时，宜选择在早晨、傍晚或夜间施工，并采取骨料降温、加冰降温等措施控制混凝土入仓温度28 0C；当现场气温超过 350C 时，应停止施工。3.4.1.1 水化热开裂的控制水泥水化后释放出大量的热量，使混凝土内外形成较大的温差，从而在温度应力的作用下形成裂缝。特别是在夏季施工，气温一般在摄氏 370C 左右，露天存放的石子表面温度可达摄氏 500C 左右，混凝土出机口温度在摄氏300C 左右，导致混凝土水化后内部温度更高。为控制混凝土水化开裂，施工中采用了以下措施。3.4.1.1.1 骨料降温骨料的温度控制主要通过搭盖凉棚和洒水降温来进行。搭盖凉棚可避免太阳光直射，减少骨料吸热，浇筑
14、前 23 小时再用洒水车运深井水（约160C 左右）对粗、细骨料进行充分的洒水降温。采取以上方法降温后，浇筑前粗骨料内部温度约为 240C，细骨料内部温度约为260C，降温效果相对较明显。（附图 1 料场搭盖凉棚）3.4.1.1.2 加冰降温8在混凝土浇筑前购入冰块，原计划是砸成粒径约 3cm 的小块加入混凝土生料中，充分拌合后量取出机口温度，根据出机口温度来确定加冰量。实际工作中，因冰块破碎工作量较大，粒径也很难控制，加入冰块后还需延长拌和时间，降低了混凝土浇筑速度，为了克服该问题，我们采用拌和水降温的方法，即把条形冰块放入拌和水池中来降低水温。用此方法，通常能够把拌和用水的温度降至摄氏 3
15、7 0C 左右。当出机口的控制温度为 180C，混凝土1m3用冰量在 60kg 左右。（附图 2 拌合水中加冰）3.4.1.1.3 夜间浇筑白天气温较高，即使采用多种降温措施也很难保证混凝土的入仓温度，而夜间浇筑特别是后半夜浇筑，气温相对较低，采取温控措施后，比较容易控制混凝土的入仓温度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天进行，而把混凝土浇筑安排在夜间进行。通过以上 3 项温控措施，使夏季混凝土出机口温度控制在 180C 以内，入仓温度控制在 280C 以下，有效地控制了温度裂缝的产生。3.4.2 风天施工根据天气情况，适当调整混凝土外加剂的掺量和用水量，确保混凝土入仓时塌落度满足施工要
16、求。当风速小于 4 级时，边衬砌边覆盖彩条布的方法施工，同时初凝前混凝土表面用洒水车喷头进行喷雾养护，当风速超过 4 级时停止施工。3.4.3 低温施工当日平均气温连续 5 天稳定在 50C 以下或现场最低气温在 00C 以下时，本工程采取调节拌和水温度、增加骨料搅拌时间的措施，以保证拌和物的入仓温度不低于 50C，当日平均气温低于 00C 时停止施工。3.5 混凝土拌制、运输和浇筑方法的控制3.5.1 混凝土拌制9混凝土采用拌和站严格按照实际配合比集中拌制，充分考虑运输时间的长短和气温的高低对混凝土坍落度的影响和损失，并根据测定的坍落度在设计规定的范围进行适当的调整。3.5.2 混凝土运输混凝土拌和物从拌和楼出料到运输、卸完的允许最长运输时间以不发生初凝为标准，一般不超过 1.5 小时。为防止混凝
