刘家道口节制闸闸墩混凝土温控与防裂措施应用
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[摘要]大体积混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度，不同型式的裂缝是一个相当普遍的现象。本文主要通过对混凝土裂缝成因的分析，并结合刘家道口节制闸工程实例，叙述了如何采取有效措施避免混凝土有害裂缝的发生，为以后类似工程提供参考。
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
1、前言
大体积混凝土结构在建设和使用过程中出现不同程度，不同型式的裂缝是一个相当普遍的现象。大体积混凝土在施工期由于水泥水化热引起混凝土内部温度及温度应力剧烈变化而引起裂缝，这些裂缝对工程会造成一定程度的危害。因此，如何采取有效措施，防止混凝土温度应力裂缝的发生是值得我们探索和研究的。
本文主要对大体积混凝土裂缝的成因进行了分析，并通过对刘家道口节制闸闸墩混凝土防裂措施及后期混凝土温度观测成果的叙述及分析，供类似工程参考。
2、大体积混凝土施工期裂缝产生的原因及类型
建筑工程的大体积混凝土结构，由于结构断面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯穿性裂缝两种。
（1）表面裂缝：由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而产生裂缝。
（2）贯穿裂缝：由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力超过混凝土抗拉强度时产生贯通整个截面的裂缝，对工程危害较大。
3、大体积混凝土控制温度和收缩裂缝的主要技术措施
为了有效的控制大体积混凝土有害裂缝的出现和发展，主要是控制混凝土的水化热、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等。
4、工程实例
4.1工程概况
刘家道口节制闸位于山东省临沂市，为开敞式钢筋混凝土大小底板结构。主要由闸上翼墙、铺盖、闸室、消力池、护坦、海漫以及防冲槽和下游两岸翼墙及护坡等组成。共36孔，单孔净宽16.0m，闸室总净宽576m，闸室顺水流方向的长度27.50m，闸室垂直水流方向总长度646.0m。混凝土工程量约23万m3。
4.2建筑物结构特点
本工程闸室段闸墩长26.5m，厚2.0m，一次最大浇筑高度8.65m，混凝土标号C30，闸墩底板分块27.5×10m，厚度2.5m，混凝土标号C25。闸墩及闸墩底板断面较大，闸墩混凝土标号较高，混凝土内外温差较大会引起裂缝，是混凝土温控防裂的重点部位。
4.3混凝土温控措施
4.3.1合理进行分缝、分块
闸室中墩和中墩底板结合部位是应力集中的部位，结合以往同类型结构施工经验，将底板和闸墩共分三层（不含回填或垫层混凝土）浇筑，在浇筑闸墩底板混凝土时，同时浇筑1.2m高墩墙，以缓解应力集中、预防裂缝。边墩设计为重力式挡土墙结构，为缓解应力集中和防裂，底板和闸墩共分三层浇筑，闸墩结构及分层详见图4.3-1。
4.3.2防止混凝土裂缝在材料方面的措施
4.3.2.1提高混凝土自身抗裂能力
在施工中选用膨胀系数较低的石灰岩加工的骨料，可减小温度应力，提高混凝土抗裂能力。在骨料生产过程中加强原材料质量控制，定期检查骨料的超、逊径指标，在堆料场抽检，保证骨料粒径均匀、质量稳定。
我国一些工程实践表明，混凝土的自身体积变形对混凝土防裂的作用不容忽视。混凝土具有一定的微膨胀性能，可补偿部分温度收缩，对防裂有利。通过试验，本工程混凝土3d、7d、14d的自身体积变形分别为6.2×10-6、4.3×10-6、2.7×10-6，体积微膨胀，提高了混凝土的抗裂能力。
4.3.2.2控制混凝土水化热
合理选择水泥标号，选择较优骨料级配及掺加粉煤灰等掺和料，以减少水泥用量和延缓水化热发散速率。
本工程在配合比设计时，采用发热量较低的普通硅酸盐水泥， C30混凝土选用P.O42.5水泥，水泥用量控制在200kg/m3左右。同时掺入20％的粉煤灰，采用较大骨料粒径，改善骨料级配。以有效降低混凝土的水化热。胶材水化热与龄期关系曲线图试验结果见图4.3-2。
4.4混凝土防裂在施工方面的措施
4.4.1合理安排混凝土施工程序和施工进度
合理安排混凝土施工程序和施工进度是防止基础贯穿裂缝，减少表面裂缝的主要措施之一。
（1）对于闸室混凝土，其混凝土施工程序为：
抗滑齿坎混凝土――回填或垫层混凝土――闸墩底板混凝土（带1.2m高墩墙）――闸墩混凝土
（2）基础混凝土浇筑后不出现薄层长间歇。施工时，闸底板和闸墩基础强约束区混凝土的间歇时间按15天进行控制。
4.4.2控制混凝土最高温度
4.4.2.1夏季高温时段混凝土浇筑温度控制
（1）降低混凝土出机口温度措施
①在骨料料仓上方用钢管拱架搭设遮阳棚，避免骨料直接暴晒。
②在拌和水中加冰，降低混凝土出机口温度。
（2）减少运输、浇筑过程中温度回升措施
①混凝土搅拌运输车的罐体用工业毛毡包裹并洒水，防止混凝土在运输途中温度回升。
②闸底板和闸墩顶面混凝土振捣初凝后在其表面立即用工业毛毡覆盖并洒水湿润。
③避开中午最热时段，在早、晚低温时段浇筑混凝土。
④当日平均气温等于或高于25℃时，采取防高温、防日晒和仓面上喷雾等措施来调节仓面小气候或采用台阶法铺料。
（3）混凝土内部降温措施
根据《刘家道口节制闸混凝土温控与防裂专家谘询意见》，在闸墩混凝土内埋设冷却水管，以进一步削减混凝土内部温升至满足设计要求和施工规范有关规定。同时在节制闸混凝土埋设一定数量的电阻式温度计，测量混凝土温度，以便及时掌握混凝土内部温升变化情况。
①闸墩大底板
在底板中部高程51.1m布置1层，间距1.0m，铁制水管，铁管内径28mm。通水历时为5天，在前2天的温升时段内每隔8小时改变一次水流方向；在第3天内每半天改变一次通水方向；在第4～5天内每天改变一次水流方向，通水流量为2.44m3/h。