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大体积混凝土的裂缝控制

裂缝产生机理

混凝土管段在施工，由水泥水化过程中发出的热量、气温和地基温度变化所引起的混凝土的温度变形要受到两种类型的约束，一是混凝土与外部环境温度差异引起的约束；另一种是由于内部的条件不同产生的约束，以上两种约束产生的应力为温度应力。

其次，湿度变化引起的混凝土内部各单元体之间相互约束，生的应力为干缩应力。因为湿度传导速率远小于热度传导速率(约为1/1600)，所以，它主要在混凝土表面附近；另外，混凝土的自身体积变形不能自由伸缩所产生的应力，称为自身体积变形应力；还有地基非均匀沉降、模板走样也会产生变形应力。在以上非结构荷载作用下所产生的应力中，主要是温度应力和变形应力。对于管段结构施工，当混凝土浇筑体边界无约束时(如底、顶板顶面)，在早期水化热温度迅速升高阶段，由于混凝土内、外散热条件不同，形成温度梯度，表面受拉，内部受压。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。在混凝土的降温阶段，混凝土的温差引起的变形加上混凝土的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束时(如已浇底板对外侧墙、中隔墙对顶板、已浇管节对后浇带)，在浇筑体中央断面产生内部拉应力，当该拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土整个截面就产生贯穿裂缝。

裂缝控制技术

在沉管管段制作中，控制大体积混凝土结构裂缝的原理就是降低混凝土的水化热温升，减小混凝土的外约束与非线性降温和收缩所产生的拉应力，提高混凝土相应龄期的抗拉强度和极限拉伸；另外，改善混凝土表面的散热条件、防止结构产生过大的不均匀沉降，也是控制管段结构产生裂缝的重要手段。

基于管段结构产生裂缝的机理，在本工程中针对性地采用了以下施工技术和措施：

优化混凝土级配，减小水灰比，采用掺粉煤灰和减水剂的“双掺”技术。控制原材料，降低混凝土水化热峰值，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度及极限拉伸；

尽可能降低混凝土入模温度，入模温度控制在比环境温度高5℃范围之内；

施工工艺上将管段分为6节(13.50～17.85m长为一节)，减少温度收缩应力；

改善基础对结构底板的约束边界条件，坞底采用碎石起浮层及18mm九夹板作为底模，减少基底对混凝土底板的约束作用；

尽可能减少结构底板与外侧墙混凝土浇筑时间差，减少新老混凝土之间的收缩差；

在外侧墙中埋设冷却管，在混凝土升温阶段通水带走混凝土水化热热量，降低混凝土最高温升值；

采用竹胶板模板，改善混凝土表面热交换条件，延迟拆模时间，减小混凝土降温速

率；

混凝土分层浇筑，加强振捣；

加强养护，采用的主要养护手段有：顶、底板蓄水养护，外侧墙喷淋、浇水养护，内孔保湿保温养护，冬季保温养护等；

尽可能延缓后浇带浇筑时间。

混凝土配合比优化及供应

管段混凝土的配合比设计研究是大体积混凝土控制裂缝的关键技术之一。设计要求混凝土强度等级为C35，P10，重度为23.4~23.51kN/m3。针对混凝土的设计要求和特性，选择了10余种水泥、粗细骨料、外加剂，进行了几十种混凝土级配的试验研究。对混凝土的强度、抗渗、水化热、收缩值、极限拉伸、弹性模量、重度以及和易性、坍落度等指标进行了反复、严格的比较和论证，最终选择的混凝土配比见表1。

表1管段混凝土配合比(kg/m3)

水水泥粉煤灰砂石子外加剂

185296104739102117.4

其中水泥为上海联合525P.0水泥，该水泥特性为水化热较低(3d为240kJ/kg，7d为

257kJ/kg)、早强高、后期强度增进好、质量稳定；粉煤灰为二级磨细粉；石子为5~25mm连续级配碎石；砂为中粗砂，细度模数2.4~2.8；外加剂为镇江特密斯(TMS)的B250高效减水剂，减水率达15%~17%，并有补偿混凝土的收缩功能。

基于管段混凝土的量大，且供应需保障及时，日高峰量达到2000m3，因此，在施工现场建设了混凝土搅拌站。搅拌站占地约6000m2，采用2台75m3/h的HZS75B搅拌机组，设6只筒仓；石子堆场840m2；黄砂堆场1040m2，基本保障了管段制作及其他结构施工的混凝土需要。