小溶江水库导流洞衬砌工程中砼裂缝控制技术的应用
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摘要:小溶江水库砼工程,砼建筑物裂缝控制,主要由干缩、砼自身质量、水泥水化热、温度、钢筋锈蚀、地基变形、荷载、碱骨料反应等。
小溶江水库导流洞衬砌工程,呈城门洞型,长704.5m,高为11.4m,直墙高9.0m,宽为8.5m,衬砌厚度为主要为25cm,为高过墙薄壁砼,砼的设计指标为C25。施工条件:泵送,洞外拌和,洞内浇筑,钢模台车一次成型,洞内恒温17～18℃。裂缝是砼建筑物主要的老化病害之一,主要由干缩、砼自身质量、水泥水化热、温度、钢筋锈蚀、地基变形、荷载、碱骨料反应、地基冻胀等原因引起。为控制裂缝的产生,施工中采取了以下措施。
1.控制干缩裂缝
砼的干缩裂缝主要是由于毛细管压力造成的。毛细管孔隙在干燥过程中逐步失水,产生很大的毛细管张力,砼体积产生收缩,由于砼周围存在约束,内部又有拉应力,当拉应力超过砼材料抗拉强度时,便产生了干缩裂缝。
干缩裂缝的控制方法有:
1.1降低砼单位用水量:用水量的增加势必使剩余水增加,因此,从确保砼耐久性出发,应降低砼单位用水量。
1.2水泥的影响:不同水泥,砼收缩也不同,按收缩值大小排序:矿渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥。
1.3降低砼周围约束:若砼周围约束过大,内部拉应力无法释放,拉应力增大而使砼干裂,因此,应减少砼的分仓长度,以使砼内部拉应力能够充分释放。
1.4添加膨胀剂:适量添加膨胀剂后可以使砼体积膨胀,在砼内部产生压应力,部分抵消了砼因毛细孔隙干燥而产生的拉应力,从而起到控制干缩裂缝的作用。
本工程在控制砼干缩裂缝方面采用了上述1～3项方法。其中单位用水量为182kg,采用普通425#水泥,浇筑中掺用粉煤灰,分段浇筑长度在12m左右。
2.控制砼因自身质量欠缺而形成的裂缝
本工程采用泵送施工工艺,要求的坍落度和水泥用量均较大,必须用掺加外加剂的方法来达到既减水又不使砼坍落度损失过大的目的,以及添加超细活性掺和料来达到降低水化热、提高砼性能和节约水泥的目的。
综合上述两点,我们采用下表所示的砼配合比(单位:kg/m3)。
按上表配比,砂率38%、水灰比0.50、坍落度160～180mm、木钙掺量0.25%、粉煤灰掺量15%。
根据有关资料,砼中单方水泥用量每增减10kg,水化热相应升降1～1.2℃,即因本工程中掺用粉煤灰而使砼内部温度下降了约5.5～6.5℃,从一定程度上控制了裂缝的产生。
3.控制水化热开裂
水泥水化后放出大量的热量,使砼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,中午气温一般在摄氏37℃,露天存放的石子表面温度可达摄氏50℃,砼出机口温度在摄氏30℃左右,砼水化后内部温度更高。为控制砼水化开裂,施工中采用了以下措施。3.1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,浇筑前2～3小时再用井水(约17℃)对粗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24℃,细骨料内部温度约为26℃,降温效果比较明显。。
4.砼养护
由于采用普通硅酸盐水泥和泵送施工工艺,砼早期水化热较大。经量测,一般在浇筑后24h左右,内部温度即达到最大值(约33℃),而此时因规范要求钢模板尚不能拆除,还不能直接进行表面洒水降温,为降低砼温度,除尽量降低水灰比外,在浇筑完毕后18h即开始对钢模板表面进行不间断的洒水降温,拆模后对砼表面进行全天候养护至14天,此时洞室衬砌后的砼内部温度已降至18℃。通过拆模前是否对钢模板表面洒水降温的对比观察,采取对钢模板表面洒水降温的,明显比未对钢模板表面洒水降温的砼产生裂缝少的多,因此,砼养护应从模板面的洒水降温开始。
5.控制钢筋锈蚀引起的裂缝
钢筋锈蚀后体积膨胀2～4倍,对周边砼产生压力,可能产生顺筋裂缝,甚至脱落,从而影响建筑物的使用。而钢筋锈蚀多为气蚀、电离引起。因此,本工程自一开始就注意了钢筋的锈蚀问题,并从以下几个方面对钢筋锈蚀加以控制的。
5.1 钢筋原材料和加工后的半成品均应作防潮处理。具体的做法是架空放置和上盖防水雨布。
5.2钢筋安装前表面清洁处理
钢筋安装前,其表面必须洁净、无污物,对已发生锈蚀的部位,必须用钢丝刷和砂布打磨干净,以保证钢筋与砼的有效结合,同时也可防止因电离而发生锈蚀。
5.3降低砼水灰比和增加砼和易性。加强振捣,提高砼致密性,减小砼炭化速度,使钢筋有足够长的时间不接触空气。
6.控制洞室周边围岩的变形
为防止洞室Ⅳ类围岩区的围岩变形对洞室衬砌砼的影响而使之产生裂缝,在洞室开挖支护阶段就已对Ⅳ类围岩区进行了锚杆支护,锚杆布置型式为梅花状,直径20mm,长3m,间排距1.25×1.25m;砼衬砌后,对周边围岩进行固结灌浆。为保证锚杆和固结灌浆的施工质量,还要对锚杆进行抗拔力试验,对固结灌浆进行压水和超声波检查试验。
通过采取以上措施,小溶江水库导流洞衬砌工程砼裂缝现象基本得到了控制,取得了良好的效果。