船闸工程大体积混凝土温度裂缝控制

摘要： 随着现代航运业的发展，作为航运中的基础通航建筑物，船闸的建造尺寸不断增大，大体积混凝土浇筑是船闸工程建设的重要施工内容。受大体积混凝土自身性质以及船闸使用环境影响，船闸大体积混凝土常出现不同程度的裂缝病害，基于此，本文从大体积混凝土裂缝成因、发生机理及裂缝类型等方面出发，结合船闸项目大体积混凝土施工控制过程，分析了船闸混凝土裂缝原因，并以此为基础，探讨了船闸混凝土裂缝控制技术。

关键词：船闸工程；大体积混凝土；开裂成因；控制措施

引言：

随着内陆水运的快速发展，众多的大型船闸项目持续建设，因此大体积混凝土在船闸项目中的使用也日益频繁。在大体积混凝土的建设过程中，各种问题是不可避免的。其中，控制大体积混凝土裂缝的生成至关重要，混凝土裂缝可能轻微地损坏工程的外观，但更严重的情况下可能会损害工程的整体质量。因此，针对大体积混凝土裂缝的控制方法进行研究变得越来越有必要。为了有效降低混凝土的内部温度及其温度差异，本文总结了一套施工技术。这些技术包括合理选择混凝土配合比、采用低水化热水泥、在施工过程中使用冷却管道及保温材料等措施，以降低水化热的产生。同时，通过优化浇筑工艺和控制浇筑速度，减少温度应力的产生。

1大体积混凝土配合比设计原则

（1）在大体积混凝土中，水泥占据了最大的比例，因为它具备胶凝的特性，这决定了混凝土的强度。另外，我们需要确保水泥和减水剂之间的相容性，这样才能有效地控制混凝土的水胶比等关键参数。为了避免大体积混凝土出现裂缝，会混入粉煤灰等矿物，从而延长其使用期限。

为了增强大体积混凝土的强度，我们主要依赖于骨料，这要求我们科学地确定其粒径，并与水泥紧密结合，这样可以有效地增强混凝土的强度和硬度，并避免产生裂缝或其他问题。因此，对于不同强度的混凝土骨料，我们明确了其粒径的极值范围。

（2）为了全方位地提高大体积混凝土的各种性质，我们不仅需要对原材料的质量进行严格的监控，还必须不断地调整和优化其配合比参数。本文所确定的配合比参数主要集中在水胶比和砂率这两个方面，并进行了相应的研究工作。

经过对各种试验数据的仔细分析，我们发现水与胶的比例是决定混凝土性能等级的核心因素，它们之间存在很强的关联性。因此，科学地确定水胶比成为制作大体积混凝土的关键标准。

2大体积混凝土裂缝成因及常见类型分析

2.1大体积混凝土裂缝成因分析

由于大体积混凝土的原材料分布不均，它的固液气三相并不连续，这最终导致了混凝土结构的开裂。经过对这种混凝土的详细分析，我们发现其开裂的主要原因如下：

（1）粗集料和细集料之间存在裂缝。在大体积的混凝土结构中，粗集料是其主要的固态成分。当集料出现裂缝时，会导致混凝土的整体结构产生裂缝。而集料本身的裂缝相对较小，其分布并不总是规律的，并且这些裂缝之间并没有形成连续的连接，因此这种裂缝的出现频率相对较少。

（2）胶凝材料出现了裂缝。水泥是一种胶凝材料，它能将多种骨料和原材料紧密结合。由于水泥砂浆本身有裂缝，这大大降低了混凝土结构的紧密性，这种裂缝可以被分类为中度。

（3）粘结面出现了裂缝。在混凝土结构中，由粘结组成的集料表面呈现出多条裂缝，其中集料的某些表面结构相对脆弱，这里是裂缝频繁出现的区域。这种类型的裂缝会显著削弱混凝土的结构刚度，并对其承载能力造成严重的影响。这种类型的裂缝主要出现在结构的脆弱区域，对整体结构的刚度和承载能力有着显著的影响。

2.2大体积混凝土裂缝类型分析

大体积混凝土裂缝具有不同类型，在成因、引发因素及严重性方面，各种类型裂缝之间存在明显不同。下表主要介绍了三类常规裂缝，并简述了相关内容，主要内容如下表1所示：

表1：大体积混凝土常见裂缝类型及概述

3大体积混凝土裂缝病害控制措施分析

本文介绍的这个船闸工程的闸室设计全长达到了234m，设计每隔15.6m增设沉降和伸缩缝。闸室的入口设计净宽为23.0m，船闸底层厚度设计为2.8m，闸室墙的底宽设计为3.8m。船闸主体混凝土浇筑属于大体积混凝土，裂缝控制成为关键。本文结合项目实际情况对船闸工程混凝土裂缝控制技术展开研究，对船闸工程建设质量的提高具有重要意义。

3.1混凝土材料设计

3.1.1 配合比设计

在设计混凝土的配合比设计流程可以参见图1。首先根据设计强度初步确定了混凝土的配合比例，并通过热工的计算方法进行了估算，之后依据相关标准对这些计算结果进行了验证。为确保强度达到标准，应对混凝土的配合比进行适当的调节，直至它达到规范的要求。该船闸结构混凝土设计为C30，其混凝土配比见表2。

图1展示了混凝土配比设计的流程图

表2展示了C30混凝土主体结构的配比，单位为（m3/kg）

3.1.2 水泥种类

在混凝土硬化过程中，放热最主要的触发因素是水泥。在本次船闸主体结构的混凝土拌合过程中，全部采用了低热水泥技术，这种方式有效地降低了混凝土放热量的数量，进而有效减少了混凝土内部的峰值温度和温度分布的差异，从而减少了混凝土产生开裂的可能性。

3.1.3 骨 料

针对料场存放场地，安装了专用防晒设置，并且定期为骨料洒水。在夏季的高温时段，由于气候偏热，自然冷却手段无法确保骨料得到充足的冷却，因此决定采用风冷方法对骨料进行全面的降温。

4.2 温控措施

（1）船闸工程在建设过程中，必须合理控制其温度和湿度。所采用的方法包括：1）在建造船闸工程时浇筑大量的混凝土，通过采用分层方法（见图2），可以加速混凝土浇筑初期的散热速度，并合理控制混凝土的内外温度，以确保不会出现较大的差异，从而提高施工质量，施工过程采用了分层布料和分层浇筑的技术手段；2）为了加速混凝土中的热量流失，我们在混凝土内部安装了冷却管，从而实现了热量的循环。这些管道内部不断地循环着水，通过合理地控制管内的水量，可以避免混凝土内部和外部产生较大的温差。通过观察图3，我们可以明确了解到冷却管的分布特点。

图2展示了斜面分层技术

图3展示了冷却管的布局示意图

（2）确保浇筑模板的质量得到有效的管理。在施工过程中，混凝土的浇筑和模板的使用是不可或缺的工具，它对整体施工的品质产生了深远的影响。在大体积混凝土中，水胶的含量并不是很高。因此，在混凝土浇筑完成后，需要进行连续的振捣以提高其紧密度。由于振捣的影响，混凝土模板的位置可能会发生改变，这进一步会对浇筑的质量产生不良影响。为了解决前述的难题，我们应当实施以下策略：1）确保混凝土模板被稳固地固定，并使用螺栓将这些模板紧密地连接在一起；2）所采用的混凝土模板拥有较高的刚性，需要满足施工的标准，其中钢模板被认为是最合适的选择；3）对混凝土模板的内侧表面进行适当的处理，以确保没有任何杂质附着，同时保持较高的平整度，避免混凝土出现任何病害，从而全方位提升浇筑的质量。

（3）努力降低施工过程中的扰动对工程的影响。在混凝土的制备过程中，按照既定的标准，我们加入了多种辅助材料，这样做的主要目的是为了增加混凝土的强度和提高浇筑的品质，但这也可能导致混凝土在浇筑初期硬度的降低。在混凝土浇筑完成后的早期凝固阶段，为了增强其结构的强度，必须严格控制外界的影响因子。另外，在对混凝土进行振捣的过程中，务必避免与钢筋发生接触，因为钢筋的振动可能会引发混凝土产生裂缝。振捣时，应分层浇筑振捣。分层厚度应控制在30-50cm之间，浇筑厚度不得超过振动棒长度的1.25倍。振捣时，应将振动棒插入混凝土的上下层之间，以消除分层浇筑之间的裂缝；振动应逐点移动并均匀振实。具体操作时间应根据混凝土表面状态进行控制。上下振捣时，应快速插入，缓慢拔出。振捣时间一般控制在20-30s之间，振捣间距控制在30-40cm之间，一般不超过其作用半径的1.5倍，直到混凝土表面未出现气泡、表面渗出灰浆为止，方可停止振捣。混凝土浇筑完成后，应采用刮杆、托板等工具进行表面平整，并进行表面处理和抹光，以确保其成型效果；在混凝土的接茬区域，应当进行细致的凿毛处理，以加强新旧混凝土之间的结合，有效处理浇筑初期产生的裂缝病害。

4大体积混凝土养护措施

大体积砼浇筑完工后需采取保湿或者保温措施：①、船闸工程砼浇筑时为夏季，气候特点是温度高且白昼气温变化相对较大，应依据温度监测系统的监测数据和温度场计算结论，调整砼表面降温保湿环境，以满足砼凝固对环境温度适宜性的要求；②、船闸工程砼浇筑顶层砼后，如果采取蓄水养护的方案，保温保湿效果会更很好，但应注意在顶面砼终凝后才能实施；③、船闸工程砼浇筑完工后，可以采取湿麻袋覆盖砼表面养护的方案，进行养护；④、有些结构体表层砼要考虑与其它部位的衔接牢固，需采用表面凿毛的技术方案，实施凿毛工序应当选择在气温较高时间段施作；

5结论

本文深入探讨了大体积混凝土结构施工，并对其产生裂缝的各种原因和类型进行了全方位的分析。结合某船闸工程结构特点和大体积混凝土浇筑施工工艺及一般大体积混凝土裂缝产生成因，重点研究了船闸工程大体积混凝土结构裂缝控制技术，结论如下：

（1）在混凝土材料组成方面，可通过优先采用中低热水泥，并适量掺入粉煤灰、磨细矿渣粉掺和料等方式，做好混凝土温度控制；可通过尽量采用大粒径粗骨料等方式，减少混凝土体积收缩；

（2）在混凝土温度控制方面，可通过水泥加冰、粗骨料喷淋降温等方式，控制混凝土浇筑温度；可通过通冷却水、浇筑后的3～4d后拆模并对结构表面保温的方式，控制混凝土内表温差；

（3）在船闸大体积混凝土结构设计和浇筑工艺方面，可通过合理的分块、分段、分层，设置滑动层等方法，控制混凝土约束应力，减少裂缝的产生和发展。

参考文献

[1]袁春.船闸工程大体积混凝土裂缝成因及控制[J].珠江水运,2020(19):99-100；

[2]李展鸿.船闸大体积混凝土裂缝控制施工技术研究[J].科学技术创新,2020(22):139-140；

[3]张润德,段亚辉,方朝阳,陈秋凡,钟东丽,黎锦钊.清远枢纽二线船闸混凝土通水冷却智能控制[J].中国农村水利水电,2021(04):188-191+200；

[4]施喜孝,梁明亮.船闸大体积混凝土抗裂性能研究[J].交通世界,2021(08):20-21；

[5]周恒.大体积混凝土裂缝控制技术研究[J].江西建材,2021(08):143+145；

[6]张梁.插花船闸除险加固工程钻孔灌注桩施工技术探讨[J].陕西水利,2021(08):181-182+185；

[7]吴昊,李强,童晶,陆超辉,刘欣谊,谢宁.不同保护层厚度混凝土锈胀开裂的有限元分析[J].中国科技信息,2021(19):61-63；