1、淺析薄壁混凝土裂縫控制技術(shù)安陽項目部 王金杰【摘 要】本文結(jié)合南水北調(diào)中線一期工程安陽段渠道襯砌薄壁混凝土的工程實踐，介紹了長距離,大面積渠道襯砌薄壁混凝土裂縫的主要控制技術(shù)。【關(guān)鍵字】薄壁混凝土 裂縫 控制技術(shù) 1 工程概況南水北調(diào)中線一期工程安陽段渠道襯砌全長3277m, 薄壁混凝土施工面積19萬m2。渠道采用梯形斷面，設(shè)計渠底寬度為18.5m，渠底內(nèi)一級邊坡1：2，渠道縱比降為1/28000，混凝土設(shè)計標(biāo)號為C20(W6F150)，渠坡混凝土板厚10cm，渠底混凝土板厚8cm，混凝土板縱橫向以4m設(shè)一道分縫，通縫與半縫間隔布置。順?biāo)鞣较驈南峦戏挚p依次為半縫-通縫-半縫-通縫，縫寬2c

2、m、半縫深為渠底6cm，渠坡6cm。通縫深為渠底8cm，渠坡10cm。(渠道襯砌結(jié)構(gòu)圖如下）渠道襯砌薄壁混凝土這種結(jié)構(gòu)能有效地防止?jié)B漏，降低渠道糙率且方便維修，若裂縫較多會影響混凝土的質(zhì)量和使用壽命，甚至遭到破壞達(dá)不到防滲效果。實際施工中薄壁混凝土容易產(chǎn)生裂縫，我們在施工中采取了多種防裂控制技術(shù)，有效地降低了裂縫的產(chǎn)生，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。說明：圖中尺寸單位為mm。2 薄壁混凝土裂縫產(chǎn)生的原因薄壁混凝土施工中由于干縮、混凝土自身質(zhì)量、水泥水化熱、溫度、地基變形、荷載、堿骨料反應(yīng)等原因容易產(chǎn)生裂縫。2.1 干縮裂縫產(chǎn)生的原因混凝土的干縮裂縫主要是由于毛細(xì)孔隙壓力造成的。毛細(xì)孔隙在干燥過程中逐步

3、失水，產(chǎn)生很大的毛細(xì)孔隙張力，混凝土體積產(chǎn)生收縮，由于混凝土周圍存在約束，內(nèi)部又有拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土材料抗拉強(qiáng)度時，便引起了干縮裂縫。2.2 混凝土因自身質(zhì)量欠缺而形成的裂縫的原因高強(qiáng)混凝土水泥的強(qiáng)度等級和水泥用量相對較高，開裂現(xiàn)象比較普遍，因此，高強(qiáng)混凝土不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土因具有較高的體積穩(wěn)定性，收縮變形較小而使抗裂性能大大提高，同時高強(qiáng)混凝土必須采用高效減水劑、引氣劑、保水、增塑等復(fù)合型外加劑和摻加粉煤灰來減小水泥和水的用量，降低水膠比，提高混凝土強(qiáng)度，易于滿足耐久性和工作性的要求。2.3 施工環(huán)境施工溫度超過300C，低于50C和干旱、多風(fēng)、日曬的天氣施工時，薄

4、壁混凝土由于內(nèi)外溫差超過200C和表面失水過快均會不同程度的形成表面裂縫。2.4 施工工藝薄壁混凝土襯砌在削坡后的基面、砂墊層、保溫板和復(fù)合土工膜上面，當(dāng)它下面任一工序沒有達(dá)到設(shè)計要求時，在不均勻沉降的基層上，薄壁混凝土承受荷載后會產(chǎn)生變形造成荷載裂縫。薄壁混凝土在施工過程中和易性的好壞，振搗是否密實直接關(guān)系到薄壁混凝土襯砌完成后產(chǎn)生不均勻的拉應(yīng)力，造成薄壁混凝土表面不同程度的拉裂，甚至產(chǎn)生貫穿裂縫。3 薄壁混凝土裂縫的控制3.1 原材料的控制水泥水泥采用鶴壁同力牌普通硅酸鹽P.o425水泥，我部試驗室針對水泥供應(yīng)商提供的水泥，必須提供水泥的原產(chǎn)地和試驗檢測機(jī)構(gòu)出具的質(zhì)量合格證明，分別按1批（

5、次）/200噸取樣委托進(jìn)行水泥全套指標(biāo)檢查，以確保水泥質(zhì)量。骨料.1粗集料粗集料采用反擊式破碎機(jī)軋制的碎石,石料選材應(yīng)堅硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、并經(jīng)試驗檢驗合格的規(guī)格料。（技術(shù)要求見表1）.2機(jī)制砂機(jī)制砂采用專用的制砂機(jī)制造,石料選材應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)的適當(dāng)顆粒級配。（技術(shù)要求見表2）3.1.3外加劑在水工混凝土中摻入適宜外加劑，能改善混凝土和易性、可調(diào)節(jié)凝結(jié)時間、提高強(qiáng)度和耐久性，本工程選用了高效減水劑和引氣劑兩種外加劑。外加劑進(jìn)場后，分不同品種標(biāo)記，分別儲存在固定場所，每批產(chǎn)品應(yīng)有出廠檢驗報告和合格證，工地試驗室根據(jù)混凝土外加劑GB8076-1997、混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范GB

6、119-1988和水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程DL/T5100-1999的標(biāo)準(zhǔn)對每批產(chǎn)品進(jìn)行驗收檢驗。粗集料技術(shù)要求 表1項次檢查項目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法檢驗數(shù)量主控項目1泥土雜質(zhì)含量()1現(xiàn)場取樣、專項檢測每500 m3檢驗一次2泥塊含量不允許3有機(jī)質(zhì)含量淺于標(biāo)準(zhǔn)色4針片樁顆粒含量()15一般項目1壓碎值()16（水成巖）；20（變質(zhì)巖、火成巖）現(xiàn)場取樣、專項檢測每500 m3檢驗一次2堅固性()5（有抗凍要求的）3石料強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度的1.3倍4硫化物及硫酸鹽含量()0.55表觀密度（/m3）25506吸水率（）2.57超遜徑含量超徑原孔篩5，超徑篩為0遜徑原孔篩10，超徑篩2機(jī)制砂技術(shù)要求 表2項

7、次檢查項目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法檢驗數(shù)量主控項目1含泥量（）3現(xiàn)場取樣、專項檢測每500 m3檢驗一次2泥塊含量不允許3有機(jī)質(zhì)含量淺于標(biāo)準(zhǔn)色4石粉含量（）618一般項目1表觀密度（m3）25002硫化物及硫酸鹽含量13細(xì)度模數(shù)2.42.84輕物質(zhì)含量（）15堅固性（）8（有抗凍要求的）當(dāng)骨料中有一項不符合技術(shù)要求的原材，均不允許進(jìn)場使用，此項工作由工地試驗室專門控制。3.2 干縮裂縫的控制 降低混凝土單位用水量：用水量的增加務(wù)必使得剩余水增加，從確保混凝土耐久性出發(fā)，應(yīng)降低混凝土單位用水量。本工程單位用水量為130kg。水泥的影響：采用不同品種的水泥，混凝土收縮也不同，按收縮值大小排序：礦渣水泥&g

8、t;普通水泥>粉煤灰水泥。本工程采用普通硅酸鹽水泥(P.o425) ，混凝土攪拌過程中摻用粉煤灰。 3.2.3降低混凝土周圍約束：若混凝土周圍約束過大，內(nèi)部拉應(yīng)力無法釋放，拉應(yīng)力增大而使混凝土干裂，因此，應(yīng)減少混凝土的分倉長度，以使混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力能夠充分釋放。分段澆筑長度為8m的整數(shù)在16m40m范圍內(nèi)。 綜上所述，本工程混凝土(C20W6F150)的設(shè)計配合比(單位：kg/m3)如下表:水泥(P.o425)人工砂小石(520mm)中石(2040mm)粉煤灰水減水劑(UNF-A)引氣劑(HT-YF)203730499749681305.200.0352按設(shè)計配合比砂率37%、水膠比0.

9、48、坍落度6080mm、減水劑摻量2%，引氣劑摻量0.01%、粉煤灰摻量25%。混凝土中摻加粉煤灰技術(shù)在行業(yè)內(nèi)尚處于探索階段，所以替代量并不很大僅有25%。根據(jù)有關(guān)資料，混凝土中1 m3水泥用量每增減10kg，水化熱相應(yīng)升降11.20C，即本工程中摻用的粉煤灰使混凝土內(nèi)部溫度下降了約6.88.20C，從一定程度上控制了裂縫的產(chǎn)生。3.3 地基處理和砂墊層、保溫層、防滲層鋪設(shè)的控制削坡的控制渠道大面積土方開挖時，邊坡預(yù)留厚度一般為50cm，采取先用挖掘機(jī)進(jìn)行預(yù)削，留10cm15cm改為人工削坡。人工削坡時，每隔1m均拉線用標(biāo)尺檢測，每隔2m用平整度檢測尺進(jìn)行平整度檢測，并用坡度尺控制邊坡成型坡

10、度正確，基面平整度誤差不大于2cm/2m。為防止削坡后的邊坡出現(xiàn)干裂我部采取用彩條布及時覆蓋等防風(fēng)、保水措施，減少坡面的開裂和變形。在削坡過程盡量避免有超挖、雨淋溝或坍坡，如果有及時進(jìn)行補(bǔ)坡，補(bǔ)坡前將坡面清理成鋸齒形，分層夯實，補(bǔ)坡厚度高出設(shè)計斷面，最后人工削出高出部分。砂墊層鋪設(shè)的控制砂墊層用專門制作的砂子攤鋪機(jī)攤鋪，實際攤鋪厚度采用水準(zhǔn)儀測量和尺量控制在0+20mm范圍；選用1.2KW的平板振動器安裝在砂子攤鋪機(jī)的行走小車上進(jìn)行振動碾壓，現(xiàn)場用灌砂法檢查砂墊層壓實度使相對密度達(dá)到0.7；壓實度達(dá)到要求后用2m鋁合金直尺進(jìn)行人工刮平，最終使砂墊層表面平整達(dá)到10mm/2m。保溫板鋪設(shè)的控制保

11、溫板厚度偏差±1mm，應(yīng)無缺角、斷裂、局部凹凸現(xiàn)象；采取錯縫梅花型鋪設(shè)，鋪放整齊、粘結(jié)嚴(yán)密，兩板連接處的高差不得大于2mm；采用竹簽固定保溫板，竹簽頂部易略低于保溫板頂面4mm左右以防劃傷復(fù)合土工膜，保溫板固定后緊貼基面不得出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，保溫板鋪設(shè)后應(yīng)保持板面完整，潔凈，不應(yīng)踩踏、放置重物。當(dāng)不可避免地在保溫板行走時，采取鋪設(shè)防護(hù)木板或穿平底軟鞋。復(fù)合土工膜鋪設(shè)的控制復(fù)合土工膜為兩層土工布夾一層膜，鋪設(shè)應(yīng)自然松弛與支持面貼實，不得褶皺、懸空，鋪設(shè)后上端用木樁鬧固定位，鋪設(shè)過程中兩塊復(fù)合土工膜搭接處應(yīng)預(yù)留不少于10cm的搭接長度，誤差0+20mm，用縫紉機(jī)縫好膜下層土工布，采用焊接機(jī)焊

12、接后進(jìn)行充氣試驗用0-0.15Mpa壓力針在雙縫間充氣穩(wěn)定1min不漏；最后采用縫紉機(jī)縫好膜上層土工布后貼好寬膠帶。3.4 施工環(huán)境的控制高溫施工薄壁混凝土施工溫度不宜大于280C，日最高氣溫超過300C時，宜選擇在早晨、傍晚或夜間施工，并采取骨料降溫、加冰降溫等措施控制混凝土入倉溫度280C；當(dāng)現(xiàn)場氣溫超過350C時，應(yīng)停止施工。.1水化熱開裂的控制水泥水化后釋放出大量的熱量，使混凝土內(nèi)外形成較大的溫差，從而在溫度應(yīng)力的作用下形成裂縫。特別是在夏季施工，氣溫一般在攝氏370C左右，露天存放的石子表面溫度可達(dá)攝氏500C左右，混凝土出機(jī)口溫度在攝氏300C左右，導(dǎo)致混凝土水化后內(nèi)部溫度更高。為

13、控制混凝土水化開裂，施工中采用了以下措施。.1.1骨料降溫骨料的溫度控制主要通過搭蓋涼棚和灑水降溫來進(jìn)行。搭蓋涼棚可避免太陽光直射，減少骨料吸熱，澆筑前23小時再用灑水車運深井水（約160C左右）對粗、細(xì)骨料進(jìn)行充分的灑水降溫。采取以上方法降溫后，澆筑前粗骨料內(nèi)部溫度約為240C，細(xì)骨料內(nèi)部溫度約為260C，降溫效果相對較明顯。（附圖1料場搭蓋涼棚）.1.2加冰降溫在混凝土澆筑前購入冰塊，原計劃是砸成粒徑約3cm的小塊加入混凝土生料中，充分拌合后量取出機(jī)口溫度，根據(jù)出機(jī)口溫度來確定加冰量。實際工作中，因冰塊破碎工作量較大，粒徑也很難控制，加入冰塊后還需延長拌和時間，降低了混凝土澆筑速度，為了克

14、服該問題，我們采用拌和水降溫的方法，即把條形冰塊放入拌和水池中來降低水溫。用此方法，通常能夠把拌和用水的溫度降至攝氏370C左右。當(dāng)出機(jī)口的控制溫度為180C，混凝土1m3用冰量在60kg左右。（附圖2拌合水中加冰）.1.3夜間澆筑白天氣溫較高，即使采用多種降溫措施也很難保證混凝土的入倉溫度，而夜間澆筑特別是后半夜?jié)仓瑲鉁叵鄬^低，采取溫控措施后，比較容易控制混凝土的入倉溫度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天進(jìn)行，而把混凝土澆筑安排在夜間進(jìn)行。通過以上3項溫控措施，使夏季混凝土出機(jī)口溫度控制在180C以內(nèi)，入倉溫度控制在280C以下，有效地控制了溫度裂縫的產(chǎn)生。風(fēng)天施工根據(jù)天氣情況，

15、適當(dāng)調(diào)整混凝土外加劑的摻量和用水量，確保混凝土入倉時塌落度滿足施工要求。當(dāng)風(fēng)速小于4級時，邊襯砌邊覆蓋彩條布的方法施工，同時初凝前混凝土表面用灑水車噴頭進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，當(dāng)風(fēng)速超過4級時停止施工。低溫施工當(dāng)日平均氣溫連續(xù)5天穩(wěn)定在50C以下或現(xiàn)場最低氣溫在00C以下時，本工程采取調(diào)節(jié)拌和水溫度、增加骨料攪拌時間的措施，以保證拌和物的入倉溫度不低于50C，當(dāng)日平均氣溫低于00C時停止施工。3.5 混凝土拌制、運輸和澆筑方法的控制混凝土拌制混凝土采用拌和站嚴(yán)格按照實際配合比集中拌制，充分考慮運輸時間的長短和氣溫的高低對混凝土坍落度的影響和損失，并根據(jù)測定的坍落度在設(shè)計規(guī)定的范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。混凝土運

16、輸混凝土拌和物從拌和樓出料到運輸、卸完的允許最長運輸時間以不發(fā)生初凝為標(biāo)準(zhǔn)，一般不超過1.5小時。為防止混凝土拌和物在運輸過程中發(fā)生離析現(xiàn)象，混凝土拌和物均采用混凝土罐運輸，在裝、運、卸過程中杜絕加水。混凝土澆筑.1布料及攤鋪為保證施工安全及減少混凝土發(fā)生骨料分離，坡面上布料應(yīng)從下向上連續(xù)進(jìn)行，減少大石子向下滾動的數(shù)量。及時清除混凝土中過度集中的粗骨料。襯砌小車行走時，應(yīng)及時將振動打開，振動碾壓過程中,使混凝土不過振、漏振或欠振，達(dá)到表面出漿，不出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面等為易，若出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面及時采取增加碾壓遍數(shù)等方式進(jìn)行處理；振動碾壓小車行走過程中，出現(xiàn)局部欠料或露石現(xiàn)象時，人工及時補(bǔ)料，

17、當(dāng)出現(xiàn)明顯隆起時，人工及時進(jìn)行整平；.2邊角處的人工填補(bǔ)及振搗渠坡襯砌的頂部及底部易出現(xiàn)缺料、振動碾壓機(jī)振搗不到位的地方，人工應(yīng)及時補(bǔ)料，并用插入式振搗器進(jìn)行輔助振搗。襯砌機(jī)開出倉時，用插入式振搗器自下而上沿模板邊界處行走一道，充分保證邊角處不出現(xiàn)蜂窩、麻面，保證混凝土的密實性。.3機(jī)械抹面混凝土攤鋪機(jī)后面的攤鋪寬度約有4m以上時，便可用抹面機(jī)進(jìn)行抹面、收平、進(jìn)一步提漿，首次抹面時，混凝土表面還比較稀軟，盡量從下而上進(jìn)行，抹光機(jī)每次移動間距為2/3圓盤直徑，在連續(xù)作業(yè)時能保證不發(fā)生漏抹、表面大面平整均勻一致。坡頂及坡底抹面機(jī)不能到的位置全部由人工進(jìn)行抹面和收光，兩側(cè)有邊模的位置機(jī)械抹面后，因有

18、邊模及施工分縫板的影響，為保證其抹面效果，應(yīng)用人工及時進(jìn)行修理。當(dāng)混凝土開始初始初凝時，由人工連續(xù)抹面壓光3遍，以表面平整、提出的漿面均勻為宜。.5人工收光用抹面磨盤對混凝土表面進(jìn)行磨平后，過早不易壓光，會有劃痕，過遲會因局部的不平，出現(xiàn)有抹不到的地方，并且表面發(fā)白，整體顯示為花斑面。當(dāng)表面有些硬化，初凝前用手輕壓，表面發(fā)硬、但稍有痕印時，便可及時進(jìn)行壓光處理，消除表面氣泡，使混凝土表面平整、光滑無抺痕。3.6 混凝土養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)期按水工混凝土施工規(guī)范(DL/T5144-2001)渠道襯砌薄壁混凝土應(yīng)保證濕潤養(yǎng)護(hù)不少于28天。養(yǎng)護(hù)方式本工程采用前期灑水加后期貼養(yǎng)護(hù)膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。由于采用普通硅酸鹽水泥，混凝土早期水化熱較大。經(jīng)量測，一般在澆筑后24h左右，內(nèi)部溫度即可達(dá)到最大值（約330C），而此段時間為前期養(yǎng)護(hù)時間，襯砌混凝土板需要進(jìn)行“人工裂縫”切縫（切成4m×4m的板塊），主要采