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大體積混凝土的裂縫控制

1、裂縫產(chǎn)生機(jī)理

混凝土管段在施工，由水泥水化過(guò)程中發(fā)出的熱量、氣溫和地基溫度變化所引起的混凝土的溫度變形要受到兩種類(lèi)型的約束，一是混凝土與外部環(huán)境溫度差異引起的約束；另一種是由于內(nèi)部的條件不同產(chǎn)生的約束，以上兩種約束產(chǎn)生的應(yīng)力為溫度應(yīng)力。

其次，濕度變化引起的混凝土內(nèi)部各單元體之間相互約束，生的應(yīng)力為干縮應(yīng)力。因?yàn)闈穸葌鲗?dǎo)速率遠(yuǎn)小于熱度傳導(dǎo)速率（約為1/1600），所以，它主要在混凝土表面附近；另外，混凝土的自身體積變形不能自由伸縮所產(chǎn)生的應(yīng)力，稱(chēng)為自身體積變形應(yīng)力；還有地基非均勻沉降、模板走樣也會(huì)產(chǎn)生變形應(yīng)力。在以上非結(jié)構(gòu)荷載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力中，主要是溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。對(duì)于管段結(jié)構(gòu)施工，當(dāng)混凝土澆筑體邊界無(wú)約束時(shí)（如底、頂板頂面），在早期水化熱溫度迅速升高階段，由于混凝土內(nèi)、外散熱條件不同，形成溫度梯度，表面受拉，內(nèi)部受壓。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在混凝土的降溫階段，混凝土的溫差引起的變形加上混凝土的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時(shí)（如已澆底板對(duì)外側(cè)墻、中隔墻對(duì)頂板、已澆管節(jié)對(duì)后澆帶），在澆筑體中央斷面產(chǎn)生內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土整個(gè)截面就產(chǎn)生貫穿裂縫。

2、裂縫控制技術(shù)

在沉管管段制作中，控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原理就是降低混凝土的水化熱溫升，減小混凝土的外約束與非線性降溫和收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，提高混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸；另外，改善混凝土表面的散熱條件、防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降，也是控制管段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的重要手段。

基于管段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的機(jī)理，在本工程中針對(duì)性地采用了以下施工技術(shù)和措施：

（1）優(yōu)化混凝土級(jí)配，減小水灰比，采用摻粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù)。控制原材料，降低混凝土水化熱峰值，減少混凝土收縮，提高混凝土抗拉強(qiáng)度及極限拉伸；

（2）盡可能降低混凝土入模溫度，入模溫度控制在比環(huán)境溫度高5℃范圍之內(nèi)；

（3）施工工藝上將管段分為6節(jié)（13.50～17.85m長(zhǎng)為一節(jié)），減少溫度收縮應(yīng)力；

（4）改善基礎(chǔ)對(duì)結(jié)構(gòu)底板的約束邊界條件，塢底采用碎石起浮層及18mm九夾板作為底模，減少基底對(duì)混凝土底板的約束作用；

（5）盡可能減少結(jié)構(gòu)底板與外側(cè)墻混凝土澆筑時(shí)間差，減少新老混凝土之間的收縮差；

（6）在外側(cè)墻中埋設(shè)冷卻管，在混凝土升溫階段通水帶走混凝土水化熱熱量，降低混凝土最高溫升值；

（7）采用竹膠板模板，改善混凝土表面熱交換條件，延遲拆模時(shí)間，減小混凝土降溫速率；

（8）混凝土分層澆筑，加強(qiáng)振搗；

（9）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，采用的主要養(yǎng)護(hù)手段有：頂、底板蓄水養(yǎng)護(hù)，外側(cè)墻噴淋、澆水養(yǎng)護(hù)，內(nèi)孔保濕保溫養(yǎng)護(hù)，冬季保溫養(yǎng)護(hù)等；

（10）盡可能延緩后澆帶澆筑時(shí)間。

3、混凝土配合比優(yōu)化及供應(yīng)

管段混凝土的配合比設(shè)計(jì)研究是大體積混凝土控制裂縫的關(guān)鍵技術(shù)之一。設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，P10，重度為23.4~23.51kN/m3.針對(duì)混凝土的設(shè)計(jì)要求和特性，選擇了10余種水泥、粗細(xì)骨料、外加劑，進(jìn)行了幾十種混凝土級(jí)配的試驗(yàn)研究。對(duì)混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B、水化熱、收縮值、極限拉伸、彈性模量、重度以及和易性、坍落度等指標(biāo)進(jìn)行了反復(fù)、嚴(yán)格的比較和論證。

其中水泥為上海聯(lián)合525P.0水泥，該水泥特性為水化熱較低（3d為240kJ/kg，7d為257kJ/kg）、早強(qiáng)高、后期強(qiáng)度增進(jìn)好、質(zhì)量穩(wěn)定；粉煤灰為二級(jí)磨細(xì)粉；石子為5~25mm連續(xù)級(jí)配碎石；砂為中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.4~2.8；外加劑為鎮(zhèn)江特密斯（TMS）的B250高效減水劑，減水率達(dá)15%~17%，并有補(bǔ)償混凝土的收縮功能。

基于管段混凝土的量大，且供應(yīng)需保障及時(shí)，日高峰量達(dá)到2000立方米，因此，在施工現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)了混凝土攪拌站。攪拌站占地約6000平米，采用2臺(tái)75立方米/h的HZS75B攪拌機(jī)組，設(shè)6只筒倉(cāng)；石子堆場(chǎng)840平米；黃砂堆場(chǎng)1040平米，基本保障了管段制作及其他結(jié)構(gòu)施工的混凝土需要。