论文部分内容阅读
摘要：本文针对换流变广场面层混凝土裂缝形成的规律和类型，从原材料、设计、施工等方面分析裂缝产生的原因，结合一些换流站工程的施工实践，总结提出有针对性的防治措施。
关键词：换流变广场；混凝土；面层裂缝；防治措施
1 前言
随着我国直流输电技术的日益发展，国家电网公司加大了直流输电的建设步伐，直流输电工程成为跨区联网建设的主力。换流站的换流变压器由于数量多，体积庞大，附件繁多，加上换流变一般都是集中到货、集中安装，现场需要很大的安装场地，即换流变广场。目前，换流变广场均采用混凝土浇制。以往工程中，由于设计上的不全面、混凝土材料控制方面的不严格及施工过程控制不到位等诸多因素，造成换流变广场面层极易出现裂缝（图1），影响了换流变广场的质量和工艺观感。本文针对换流变广场面层混凝土裂缝形成的规律和类型，从分析裂缝产生的原因入手，提出针对性的防治措施，并在龙南500kV变电站工程实践中应用、检验，以期对后续工程提供参考经验。
2 混凝土材料造成裂缝的原因分析和防治措施
2.1 混凝土材料造成裂缝的原因分析
混凝土收缩是其固有的特性。有关资料表明，混凝土的拌和水中只有约20%的水是水泥水化所必须的，其余80%的水分都要被蒸发。而这多余水分的蒸发就是引起混凝土收缩的主要原因。当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝，这类裂缝通常显示规律性。目前在大多数工程施工中，出于环保的考虑，要求使用商品混凝土，而商品混凝土由于需要泵送，收缩性更大，且越是高标号的混凝土，其收缩性就越大。
（1）水泥浆的含量高
为减少泵送对机械设备的磨损，商品混凝土供应单位所用的水泥，比一般混凝土用的水泥多，相应的砂率也大，这必然导致商品混凝土比普通混凝土的收缩性大，出现裂缝的几率也比普通混凝土要大得多。
（2）坍落度大
一般商品混凝土的坍落度在100mm～180mm之间，有的甚至达到250mm，而普通混凝土的坍落度多在70mm～90mm之间。商品混凝土搅拌站为保证泵送的顺利，施工单位为提高施工效率，加上施工人员为便于施工，都希望混凝土的坍落度保持在150mm～180mm之间。为达到大坍落度要求，必然要求增加较多的水泥用量、拌和水用量和外加剂用量。由于这三种因素的共同影响，造成商品混凝土的收缩值比普通混凝土要大得多，极易导致商品混凝土裂缝的产生。
（3）水化热的影响
为了提高施工效率，商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大，而且又因加了外加剂，造成初期的水化速度快，产生的水化热也较多，从而降温时因自身约束引起的温度应力也比普通混凝土要大得多。当混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生裂缝。这在大体积混凝土中尤为显著，极易造成积聚于内部的水化热不易散发的情况，形成与表面温差较大的梯度而产生结构性的浅表裂缝。
（4）骨料粒径的影响
为满足泵送的要求，商品混凝土都采用粒径较小的骨料，减少粗骨料的用量。粗骨料的粒径往往受本地的骨料种类、泵送管道的直径、钢筋的最小间距、板厚及设计所需的流动度这五种条件的约束，而普通混凝土粗骨料的粒径仅受到钢筋最小间距和板厚这两种条件的约束。因此，商品混凝土粗骨料的粒径相对较小，直接导致单位水泥用量和拌和水用量比普通混凝土多。另外，因受大用水量和富浆量的影响，也会导致混凝土单位粗骨料用量的减少。在混凝土的组成材料中，由于粗骨料是制约水泥石收缩的主要成分，因此粒径较小的粗骨料和较少的粗骨料用量对制约混凝土收缩是不利的，使得混凝土的抗拉强度降低，易出现裂缝。
（5）粗细骨料含泥量的影响
骨料的含泥量越高，混凝土的收缩性就越大，也越容易造成开裂。因为泥的出现弱化了骨料与水泥石之间的粘结面，降低了界面的粘结强度，也就降低了混凝土的抗拉强度，导致商品混凝土出现裂缝、特别是硬化过程中的早期裂缝。据有关资料统计，骨料的含泥量增加1%，混凝土的强度就会降低5%。因此，应限制骨料的含泥量。
（6）外加剂的影响
为保持良好的工作性能和可泵性，在商品混凝土生产过程中都会使用外加剂，其中大多是兼有减水、泵送、缓凝等综合作用的高效复合外加剂。由于国内缺乏外加剂对混凝土影响的系统理论研究，所以外加剂加入如不能科学控制，就会在一些部位形成薄弱区域，并在外力的作用下产生裂缝。
2.2 混凝土材料方面防治裂缝的措施
根据混凝土收缩性的特性，对现场使用的商品混凝土采取以下控制措施：
（1）尽量减少收缩量大、需水量多的水泥使用，建议采用需水量小，与混凝土外加剂适应性好的水泥。要根据工程的实际情况，采用合适品种的水泥。
（2）在满足可泵性及和易性的条件下，要尽可能减少混凝土的水灰比，减小坍落度。一般情况下，商品混凝土的坍落度应控制在l20mm-l60mm之间，以降低其收缩应力。
（3）选用水化热值低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，以降低混凝土硬化时的收缩应力。
（4）宜优先采用连续级配的粗骨料配制混凝土，因为此级配的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量以及较高的抗压强度。根据工程需要，应采用合适的骨料粒径，尽可能选用粒径较大、级配良好的石子。因为增大骨料粒径可减少用水量，从而减少水化热，最终降低混凝土的收缩应力。根据有关资料，采用5mm～40mm石子比采用5mm～25mm的石子，每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥的用量可减少20kg左右。另外，粗骨料颗粒的形状对混凝土的和易性和用水量也有较大的影响，粗骨料中的针、片状颗粒的含量不应超过15%。细骨料也应以中、粗砂为宜，细度模数应在2.5～3.2之间。
（5）严格控制骨料的含泥量。商品混凝土所用粗骨料的含泥量宜控制在小于1%，砂的含泥量宜控制在小于2%，以降低混凝土的收缩，提高混凝土的抗拉强度。
（6）对外加剂应先进行有关指标的复试，合格后再使用。配制过程中的掺量更要严格控制，以免发生混凝土的裂缝。活性掺合料的掺量也应严格控制。
3 设计原因造成裂缝的分析和防治措施
3.1 设计原因造成裂缝的分析
（1）设计图纸要求换流变广场分两次浇注，即分别浇制广场基础层和面层，但同时设计未明确给定水平施工缝的处理措施。由于新旧混凝土收缩不同，彼此约束，造成裂缝。
（2）由于流变广场布设有大量的钢轨，钢轨与混凝土交接处设计未给定处理措施。钢轨与混凝土直接接触，但二者膨胀系数上的差异易引起裂缝。
（3）设计采用商品混凝土，但未从上设计角度充分考虑抗混凝土表面龟裂和防止混凝土收缩裂缝的措施。
（4）设计图纸中伸缩缝的设置不合理，不同地基之间未设置胀缝。
3.2 设计方面防治裂缝的控制措施
（1）由于基层是已经浇筑完成多日的大筏板基础，基层清理后在上面满铺油毛毡以隔离(图2)，以减小新旧混凝土各自收缩膨胀的彼此约束。
（2）针对换流变广场上钢轨等钢质材料存在的现状，在钢轨等钢质材料与混凝土的接触面满刷石灰水，实现不同材料的隔离，减小相互约束。
（3）商品混凝土宜要求掺加9mm长聚丙烯混凝土抗裂纤维，防止表面龟裂的产生。同时，设计铺设钢筋网片的，以有效控制面层混凝土裂缝的产生。要求待混凝土刮平后，方可铺设钢筋网片（图3），钢筋网保护层厚度宜在1cm-2cm左右。
（4）广场的切缝、留缝对防止其面层开裂有着相当重要的作用。因此，应对整个广场的切缝、留缝按“科学合理、均匀美观”的原则进行布设。面层砼缩缝宜采用道路切割机切6mm宽70mm深，间距4m×4m左右。在边角无法用大切割机切割时，用手提切割机切通。为了防止广场在不同基层处产生不均匀沉降，面层混凝土在不同基层交界处均留设胀缝。
4 施工原因造成裂缝的分析和防治措施
4.1 施工原因造成裂缝的分析
（1）混凝土终凝前未仔细收光
商品混凝土由于坍落度大，水泥浆含量高，在终凝前因表面收缩极易出现收缩裂缝，对于掺加了活性掺和料的混凝土就尤为显著。如果在终凝前未仔细收光，则收缩裂缝不会自行闭和，导致混凝土非结构性浅表裂缝的产生。
（2）现场施工擅自加水
为提高混凝土的施工速度，施工人员擅自向混凝土中加水。现场加水增加了混凝土硬化过程中的泌水通道，将导致混凝土局部形成了软弱层，增加了混凝土出现裂缝的可能性。
（3）养护不到位
养护一直是混凝土施工的关键问题，很多裂缝的产生都与混凝土养护不到位有关。混凝土浇筑后，若表面在规定的时间内未覆盖养护或者浇水不及时，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝，特别是在气温高、湿度小、风速大的情况下，收缩裂缝更易发生。
4.2 施工过程对裂缝的防治措施
（1）广场面层砼浇筑前，用水冲洗基层，保证基层干净、无积水；同时根据事先划定的浇筑区域安装模板。
（2）必须确保恰当的振捣时间。根据商品混凝土的坍落度，合理控制振捣时间，因为振捣时间过短，混凝土不易密实；而振捣时间过长，则易形成混凝土的分层，从而造成过大的收缩应力，使混凝土出现裂缝。
（3）混凝土的布料宜均匀连续进行，严禁采用振动棒赶料。要确保混凝土摊铺均匀，保证混凝土的致密性和均匀性，防止发生裂缝。
（4）浇筑大面积混凝土前应严格按照施工方案对施工人员进行交底，交底中要明确混凝土的初凝时间、浇筑方向、一次浇筑的方量、施工缝的留设位置以及处理办法等，避免形成冷缝和因新、旧混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面。
（5）为消除商品混凝土的浅表收缩裂缝，应在混凝土表面终凝前的收水时，进行三次压实收光；严禁在混凝土表面撒纯水泥进行压实收光，以免收缩裂缝的产生。
（6）加强现场的管理力度，防止施工人员的主观随意性，严禁施工过程中对混凝土加水。
（7）采取合理的养护措施。注意对混凝土表面的覆盖，防止水分的大量蒸发，保持表面湿润，降低混凝土表面的温度、湿度梯度，同时也应保持混凝土浇水养护的时间不少于14天。我们在现场采用棉纺布覆盖混凝土（图4），派专人养护14天。
5 结束语
换流变广场面层混凝土出现裂缝的原因是非常复杂的，是多种因素共同作用的结果。在工程实践中，可以从设计优化、混凝土材料的选择、配合比优化，加强拌制、运输、浇筑、保温养护等环节的控制入手，采取一系列的防治措施，并施工中多观察、多比较、多分析、多总结，层层把关，那么一定能有效控制换流变广场面层裂缝的产生。由于作者在技术以及经验上的不足，对换流变广场面层裂缝的防治这一难题在日后的工作过程中将继续研讨。
参考文献
[1]JCJ53-92普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法
[2]JGJ52—92普通混凝土用砂质量标准及检验方法
[3]JGJ63—2006混凝土用水标准
[4]GB50119-2003，混凝土外加剂应用技术规范
[5]国家电网公司输变电工程质量通病防治工作要求及技术措施
[6]孙晓虎，齐剑，张军.大体积混凝土裂缝控制技术在工程中的应用.混凝土，2008（8）：105-108
[7]鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土,2002(5):11-14
[8]陈丰生.混凝土裂缝原因分析及防治措施.建筑设计管理，2009（7）：70-72
关键词：换流变广场；混凝土；面层裂缝；防治措施
1 前言
随着我国直流输电技术的日益发展，国家电网公司加大了直流输电的建设步伐，直流输电工程成为跨区联网建设的主力。换流站的换流变压器由于数量多，体积庞大，附件繁多，加上换流变一般都是集中到货、集中安装，现场需要很大的安装场地，即换流变广场。目前，换流变广场均采用混凝土浇制。以往工程中，由于设计上的不全面、混凝土材料控制方面的不严格及施工过程控制不到位等诸多因素，造成换流变广场面层极易出现裂缝（图1），影响了换流变广场的质量和工艺观感。本文针对换流变广场面层混凝土裂缝形成的规律和类型，从分析裂缝产生的原因入手，提出针对性的防治措施，并在龙南500kV变电站工程实践中应用、检验，以期对后续工程提供参考经验。
2 混凝土材料造成裂缝的原因分析和防治措施
2.1 混凝土材料造成裂缝的原因分析
混凝土收缩是其固有的特性。有关资料表明，混凝土的拌和水中只有约20%的水是水泥水化所必须的，其余80%的水分都要被蒸发。而这多余水分的蒸发就是引起混凝土收缩的主要原因。当收缩产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会出现裂缝，这类裂缝通常显示规律性。目前在大多数工程施工中，出于环保的考虑，要求使用商品混凝土，而商品混凝土由于需要泵送，收缩性更大，且越是高标号的混凝土，其收缩性就越大。
（1）水泥浆的含量高
为减少泵送对机械设备的磨损，商品混凝土供应单位所用的水泥，比一般混凝土用的水泥多，相应的砂率也大，这必然导致商品混凝土比普通混凝土的收缩性大，出现裂缝的几率也比普通混凝土要大得多。
（2）坍落度大
一般商品混凝土的坍落度在100mm～180mm之间，有的甚至达到250mm，而普通混凝土的坍落度多在70mm～90mm之间。商品混凝土搅拌站为保证泵送的顺利，施工单位为提高施工效率，加上施工人员为便于施工，都希望混凝土的坍落度保持在150mm～180mm之间。为达到大坍落度要求，必然要求增加较多的水泥用量、拌和水用量和外加剂用量。由于这三种因素的共同影响，造成商品混凝土的收缩值比普通混凝土要大得多，极易导致商品混凝土裂缝的产生。
（3）水化热的影响
为了提高施工效率，商品混凝土中的水泥用量往往比普通混凝土要大，而且又因加了外加剂，造成初期的水化速度快，产生的水化热也较多，从而降温时因自身约束引起的温度应力也比普通混凝土要大得多。当混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生裂缝。这在大体积混凝土中尤为显著，极易造成积聚于内部的水化热不易散发的情况，形成与表面温差较大的梯度而产生结构性的浅表裂缝。
（4）骨料粒径的影响
为满足泵送的要求，商品混凝土都采用粒径较小的骨料，减少粗骨料的用量。粗骨料的粒径往往受本地的骨料种类、泵送管道的直径、钢筋的最小间距、板厚及设计所需的流动度这五种条件的约束，而普通混凝土粗骨料的粒径仅受到钢筋最小间距和板厚这两种条件的约束。因此，商品混凝土粗骨料的粒径相对较小，直接导致单位水泥用量和拌和水用量比普通混凝土多。另外，因受大用水量和富浆量的影响，也会导致混凝土单位粗骨料用量的减少。在混凝土的组成材料中，由于粗骨料是制约水泥石收缩的主要成分，因此粒径较小的粗骨料和较少的粗骨料用量对制约混凝土收缩是不利的，使得混凝土的抗拉强度降低，易出现裂缝。
（5）粗细骨料含泥量的影响
骨料的含泥量越高，混凝土的收缩性就越大，也越容易造成开裂。因为泥的出现弱化了骨料与水泥石之间的粘结面，降低了界面的粘结强度，也就降低了混凝土的抗拉强度，导致商品混凝土出现裂缝、特别是硬化过程中的早期裂缝。据有关资料统计，骨料的含泥量增加1%，混凝土的强度就会降低5%。因此，应限制骨料的含泥量。
（6）外加剂的影响
为保持良好的工作性能和可泵性，在商品混凝土生产过程中都会使用外加剂，其中大多是兼有减水、泵送、缓凝等综合作用的高效复合外加剂。由于国内缺乏外加剂对混凝土影响的系统理论研究，所以外加剂加入如不能科学控制，就会在一些部位形成薄弱区域，并在外力的作用下产生裂缝。
2.2 混凝土材料方面防治裂缝的措施
根据混凝土收缩性的特性，对现场使用的商品混凝土采取以下控制措施：
（1）尽量减少收缩量大、需水量多的水泥使用，建议采用需水量小，与混凝土外加剂适应性好的水泥。要根据工程的实际情况，采用合适品种的水泥。
（2）在满足可泵性及和易性的条件下，要尽可能减少混凝土的水灰比，减小坍落度。一般情况下，商品混凝土的坍落度应控制在l20mm-l60mm之间，以降低其收缩应力。
（3）选用水化热值低的水泥，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等，以降低混凝土硬化时的收缩应力。
（4）宜优先采用连续级配的粗骨料配制混凝土，因为此级配的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量以及较高的抗压强度。根据工程需要，应采用合适的骨料粒径，尽可能选用粒径较大、级配良好的石子。因为增大骨料粒径可减少用水量，从而减少水化热，最终降低混凝土的收缩应力。根据有关资料，采用5mm～40mm石子比采用5mm～25mm的石子，每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥的用量可减少20kg左右。另外，粗骨料颗粒的形状对混凝土的和易性和用水量也有较大的影响，粗骨料中的针、片状颗粒的含量不应超过15%。细骨料也应以中、粗砂为宜，细度模数应在2.5～3.2之间。
（5）严格控制骨料的含泥量。商品混凝土所用粗骨料的含泥量宜控制在小于1%，砂的含泥量宜控制在小于2%，以降低混凝土的收缩，提高混凝土的抗拉强度。
（6）对外加剂应先进行有关指标的复试，合格后再使用。配制过程中的掺量更要严格控制，以免发生混凝土的裂缝。活性掺合料的掺量也应严格控制。
3 设计原因造成裂缝的分析和防治措施
3.1 设计原因造成裂缝的分析
（1）设计图纸要求换流变广场分两次浇注，即分别浇制广场基础层和面层，但同时设计未明确给定水平施工缝的处理措施。由于新旧混凝土收缩不同，彼此约束，造成裂缝。
（2）由于流变广场布设有大量的钢轨，钢轨与混凝土交接处设计未给定处理措施。钢轨与混凝土直接接触，但二者膨胀系数上的差异易引起裂缝。
（3）设计采用商品混凝土，但未从上设计角度充分考虑抗混凝土表面龟裂和防止混凝土收缩裂缝的措施。
（4）设计图纸中伸缩缝的设置不合理，不同地基之间未设置胀缝。
3.2 设计方面防治裂缝的控制措施
（1）由于基层是已经浇筑完成多日的大筏板基础，基层清理后在上面满铺油毛毡以隔离(图2)，以减小新旧混凝土各自收缩膨胀的彼此约束。
（2）针对换流变广场上钢轨等钢质材料存在的现状，在钢轨等钢质材料与混凝土的接触面满刷石灰水，实现不同材料的隔离，减小相互约束。
（3）商品混凝土宜要求掺加9mm长聚丙烯混凝土抗裂纤维，防止表面龟裂的产生。同时，设计铺设钢筋网片的，以有效控制面层混凝土裂缝的产生。要求待混凝土刮平后，方可铺设钢筋网片（图3），钢筋网保护层厚度宜在1cm-2cm左右。
（4）广场的切缝、留缝对防止其面层开裂有着相当重要的作用。因此，应对整个广场的切缝、留缝按“科学合理、均匀美观”的原则进行布设。面层砼缩缝宜采用道路切割机切6mm宽70mm深，间距4m×4m左右。在边角无法用大切割机切割时，用手提切割机切通。为了防止广场在不同基层处产生不均匀沉降，面层混凝土在不同基层交界处均留设胀缝。
4 施工原因造成裂缝的分析和防治措施
4.1 施工原因造成裂缝的分析
（1）混凝土终凝前未仔细收光
商品混凝土由于坍落度大，水泥浆含量高，在终凝前因表面收缩极易出现收缩裂缝，对于掺加了活性掺和料的混凝土就尤为显著。如果在终凝前未仔细收光，则收缩裂缝不会自行闭和，导致混凝土非结构性浅表裂缝的产生。
（2）现场施工擅自加水
为提高混凝土的施工速度，施工人员擅自向混凝土中加水。现场加水增加了混凝土硬化过程中的泌水通道，将导致混凝土局部形成了软弱层，增加了混凝土出现裂缝的可能性。
（3）养护不到位
养护一直是混凝土施工的关键问题，很多裂缝的产生都与混凝土养护不到位有关。混凝土浇筑后，若表面在规定的时间内未覆盖养护或者浇水不及时，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝，特别是在气温高、湿度小、风速大的情况下，收缩裂缝更易发生。
4.2 施工过程对裂缝的防治措施
（1）广场面层砼浇筑前，用水冲洗基层，保证基层干净、无积水；同时根据事先划定的浇筑区域安装模板。
（2）必须确保恰当的振捣时间。根据商品混凝土的坍落度，合理控制振捣时间，因为振捣时间过短，混凝土不易密实；而振捣时间过长，则易形成混凝土的分层，从而造成过大的收缩应力，使混凝土出现裂缝。
（3）混凝土的布料宜均匀连续进行，严禁采用振动棒赶料。要确保混凝土摊铺均匀，保证混凝土的致密性和均匀性，防止发生裂缝。
（4）浇筑大面积混凝土前应严格按照施工方案对施工人员进行交底，交底中要明确混凝土的初凝时间、浇筑方向、一次浇筑的方量、施工缝的留设位置以及处理办法等，避免形成冷缝和因新、旧混凝土未完全咬合而形成局部薄弱界面。
（5）为消除商品混凝土的浅表收缩裂缝，应在混凝土表面终凝前的收水时，进行三次压实收光；严禁在混凝土表面撒纯水泥进行压实收光，以免收缩裂缝的产生。
（6）加强现场的管理力度，防止施工人员的主观随意性，严禁施工过程中对混凝土加水。
（7）采取合理的养护措施。注意对混凝土表面的覆盖，防止水分的大量蒸发，保持表面湿润，降低混凝土表面的温度、湿度梯度，同时也应保持混凝土浇水养护的时间不少于14天。我们在现场采用棉纺布覆盖混凝土（图4），派专人养护14天。
5 结束语
换流变广场面层混凝土出现裂缝的原因是非常复杂的，是多种因素共同作用的结果。在工程实践中，可以从设计优化、混凝土材料的选择、配合比优化，加强拌制、运输、浇筑、保温养护等环节的控制入手，采取一系列的防治措施，并施工中多观察、多比较、多分析、多总结，层层把关，那么一定能有效控制换流变广场面层裂缝的产生。由于作者在技术以及经验上的不足，对换流变广场面层裂缝的防治这一难题在日后的工作过程中将继续研讨。
参考文献
[1]JCJ53-92普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法
[2]JGJ52—92普通混凝土用砂质量标准及检验方法
[3]JGJ63—2006混凝土用水标准
[4]GB50119-2003，混凝土外加剂应用技术规范
[5]国家电网公司输变电工程质量通病防治工作要求及技术措施
[6]孙晓虎，齐剑，张军.大体积混凝土裂缝控制技术在工程中的应用.混凝土，2008（8）：105-108
[7]鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展.混凝土,2002(5):11-14
[8]陈丰生.混凝土裂缝原因分析及防治措施.建筑设计管理，2009（7）：70-72