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某泄洪工程高标号混凝土裂缝产生的原因及防治可行性论证报告.doc
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1、某泄洪工程高标号混凝土裂缝产生的原因及防治可行性研究报告目 录一、项目意义和必要性11.1 国内外现状11.2技术发展趋势41.3对产业发展的作用与影响51.4产业关联度分析71.5市场分析81.6与国家高技术产业化专项总体思路、原则、目标等关联情况。12二、项目技术基础142.1成果来源及知识产权情况142.2 已完成的研究开发工作及中试情况142.3项目技术特点及与现有技术比较所具有的优势162.4该重大关键技术的突破对行业技术进步的重要意义和作用20三. 建设方案233.1 项目的产能规模233.2 建设的主要内容233.3采用的工艺技术路线与技术特点253.4 设备选型及主要技术经济指
2、标253.5 建设地点323.6 建设工期和进度安排323.7项目的实施管理、人员培训35四、投资384.1项目投资规模384.2投资使用方案394.3资金筹措方案394.4贷款偿还计划39五、环境保护、资源综合利用、节能与原材料供应及外部配套条件落实情况等405.1环境保护405.2资源综合利用445.3劳动安全445.4 消防485.5节能495.6原材料供应及外部配套条件52六、项目法人基本情况556.1项目法人基本情况556.2 项目合作单位576.3项目负责人基本情况586.4主要股东概括59七、项目财务分析、风险分析及社会效益607.1财务效益计算的依据及说明607.2运营成本估算
3、607.3营业收入、营业税金及附加、利润及分配627.4财务盈利能力分析637.5清偿能力分析637.6 财务不确定分析637.7 项目风险分析687.8 项目经济效益和社会效益分析70八、项目招标方案728.1项目招标范围728.2项目招标组织形式728.3项目招标方式72摘要:小浪底泄洪工程中采用了抗空蚀、耐磨性能好的C70高标号硅粉混凝土。孔板(导流)洞、排沙洞明流段、明流洞和溢洪道大体积、C70高标号硅粉混凝土中均出现早期和后期施工裂缝。早期裂缝主要与混凝土因水泥水化热引起的内外温差和干燥引起的内外湿差有关。后期裂缝主要由基础温差引起。采取掺加25-40%粉煤灰优化混凝土配合比、加强混
4、凝土温度控制、缩短混凝土分块长度等措施能有效预防裂缝产生。工程修补时采用环氧树脂和特细水泥注浆法处理已出现的裂缝、效果良好。 关键词:高标号硅粉混凝土 裂缝 环氧树脂 特细水泥 黄河小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市以北40km,黄河中游最后一段峡谷的出口处,上距三门峡水利枢纽130km,下距花园口128km.水库总库容126.5亿m3,其中有效库容51亿m3.枢纽主要任务是以防洪、防凌、减淤为主,兼顾供水、灌溉和发电,蓄清排浑、除害兴利、综合利用。小浪底的泄洪项目主要包括:进水口引渠、10个功能不同的塔体组成的进水塔、3条孔板(导流)洞、3条明流泄洪洞、3条排沙洞、1条正常溢洪道、出口消力塘
5、和泄水渠、尾水明渠。在3条孔板(导流)洞闸室以下洞身段、3条排沙洞明流段、3条明流洞和溢洪道采用了抗空蚀耐磨性能好的C70高标号硅粉混凝土。标号40MPa以下的混凝土在我国普遍使用,并具有丰富的施工经验和研究成果。但大体积、大范围使用70MPa混凝土,在我国水利工程中还是较少的。在小浪底孔板(导流)洞闸室以下洞身段、排沙洞明流段、明流洞和溢洪道C70高标号硅粉混凝土施工过程中,混凝土都有不同程度的裂缝出现,裂缝宽度一般在0.40.8mm,最大宽度2mm,裂缝平均长度4m.C70高标号硅粉混凝土裂缝分布部位和裂缝主要类型见表1.表1 C70高标号硅粉混凝土裂缝分布部位和裂缝类型1 高强度等级混凝
6、土裂缝产生的原因1.1 早期裂缝分析 混凝土早期裂缝主要与混凝土因水泥水化热引起的内外温差和干燥引起的内外湿差(特别在拆模后)有关。混凝土浇筑后,因水泥水化热作用,引起温度升高较快,见图1,加上混凝土的导热性能很差,导致混凝土内外出现温差。由于材料的热胀冷缩性,引起内部受压、外部受拉。当混凝土此时的抗拉强度小于外部温度拉应力时就要出现裂缝。有些部位在拆模(龄期23d左右)时已出现裂缝,有些部位在拆模后12d内出现裂缝。表2是计算的C25、C70混凝土升温过程中不同内表温差和不同表面温度降温梯度的拉应力。 相关图片如下图1 C70高标号硅粉混凝土现场实测温度上升曲线 表2 C25、C70混凝土表
7、面早期温度拉应力注:3d龄期抗拉强度:C25混凝土=1.34MPa,C70高标号硅粉混凝土=1.92MPa;5d龄期抗拉强度:C25混凝土=1.72MPa,C70高标号硅粉混凝土=2.47MPa.从表2可以看出,低标号C25混凝土因其水泥用量少,水化热引起升温较C70低,在温差相同时,C70混凝土比C25混凝土温度拉应力要大得多。在升温过程中,当内表温差超过12时,C70混凝土的实际拉应力大于C70混凝土的极限拉应力;表面温度降温梯度超过10时,C70混凝土的实际拉应力大于C70混凝土的极限拉应力,都将产生裂缝。根据统计的现场温度资料,混凝土在木模板保护、外界气温10左右情况下,12m厚的C7
8、0混凝土在升温过程中内表温差在69左右,根据表2的计算分析结果,拆模前一般是不会出现裂缝。从现场施工情况发现,凡是拆模时即出现裂缝的,多是采用混凝土泵入仓水泥用量加大或浇筑后遇到特别冷的天气未很好的进行冬季保温,或同时具备上述两种因素,此时混凝土在升温过程中内表温差大于12,所以在拆模时混凝土就已经产生了裂缝。3号明流洞左边墙第54块混凝土在拆模时就发现有裂缝出现。混凝土在拆模后无任何保护的情况下,经计算C70混凝土表面拆模后第一天降温梯度最陡,一般达到1220左右,根据表2计算分析结果,一天表面降温10时所产生的温度应力足以将混凝土表面拉开。实际统计资料表明拆模后混凝土未进行有效的保护措施,
9、遇低温时混凝土表面温度骤然下降,引起更大的温度变化,使得混凝土表面的拉应力更大,这样混凝土在拆模后12d内将出现表面裂缝。溢洪道左边墙WL-510K块的F层(层高3m)在拆模时未发现裂缝,拆模后未进行任何保护,拆模后第2天发现3条竖向贯穿裂缝。早期混凝土裂缝一般为表面裂缝,方向不定,数量较多。根据现场统计资料显示此类裂缝占总量的69%.1.2 后期裂缝分析 混凝土后期裂缝主要由基础温差引起,与施工分块尺寸、混凝土弹模/基岩弹模等因素有关。对于厚度12m的混凝土底板或边墙,当混凝土块温度由最高降至最低(或稳定温度)时,由于受基岩的强约束,产生较大的拉应力,如果基础温差较大或分块尺寸较大,产生的拉
10、应力大于混凝土抗拉力,混凝土就会产生裂缝,对厚度1m的C25、C70混凝土基础温差温度应力进行计算的结果见表3.表3 因混凝土与基础温差引起的温度拉应力注:28d龄期抗拉强度:C25混凝土=1.85MPa,C70高标号硅粉混凝土=3.5MPa,应力安全系数均为1.3;L为浇筑块最长边尺寸。由表3可见,基岩上的C25混凝土板,若控制基础温差22(对应最高温度为30左右),浇筑分块长度应在15m以内,可防止混凝土出现裂缝。基岩上的C70高标号硅粉混凝土板,若控制基础温差37(对应最高温度为45左右),浇筑分块长度大于15m时其拉应力大于C70高标号硅粉混凝土值3.5MPa,将会产生裂缝。若控制基础
11、温差46(对应最高温度为54左右),浇筑分块长度大于6m,将会产生裂缝。在溢洪道C70高标号硅粉混凝土分块长度达15m,因其最高温度超过45,出现了后期混凝土裂缝。在无早期裂缝的浇筑块上,后期裂缝一般出现在浇筑块中间位置,而在已出现早期裂缝的浇筑块,后期裂缝只在已出现的裂缝上继续拉长加深。由于底板和围岩形成的基础约束力较强,由此产生的裂缝是深层裂缝和贯穿性裂缝。此类裂缝数量较少,但危害最大。根据现场统计资料显示此类裂缝占总量的31%.2 C70高标号硅粉混凝土裂缝的预防(1)优化混凝土配合比。在满足强度等设计指标要求的情况下,掺加粉煤灰25%40%尽量减少水泥用量,降低混凝土水化热温升,提高混
12、凝土的后期强度及抗裂能力。(2)提高施工质量。加强混凝土浇筑过程中的振捣控制,保证混凝土内部组织密实,达到提高混凝土极限拉伸值的目的。(3)缩短混凝土分块长度。根据水工规范,隧洞及泄洪槽衬砌分块长度一般612m.据表3计算分析结果,C70高标号硅粉混凝土分块长度取规范的下限,以46m较合适。(4)加强混凝土温度控制。C70高标号硅粉混凝土温控比其他低强度混凝土更难以控制。高强度等级混凝土温控有其特殊性,与低强度混凝土相比,其龄期37d左右温度提高的幅度远大于其强度提高的幅度。因此需采取比一般低强度混凝土更强的温控措施。在混凝土施工时降低浇筑温度,也就是降低最高温升和初始温差,达到降低表面拉应力
13、的目的。这对防止早期温度裂缝非常有效。降低浇筑温度要控制3个环节,控制骨料温度、控制水泥温度,充分利用制冷设施来降低出机温度;混凝土运输中采用搅拌车,减少运输途中的温度回升;减少入仓振捣时的温度回升。(5)混凝土养护。混凝土冬季拆模后,为防止混凝土表面洒水结冰造成内外温差过大出现裂缝,小浪底工程使用Sika保水养护剂,拆模后刷在混凝土表面进行养护。该养护剂在90d后老化,自行剥落,不存在将来过水后有害物质污染黄河问题。同时覆盖泡沫塑料保温。施工中采取以上措施后,有效地控制了裂缝的发生和发展。3号明流洞在施工后期裂缝明显减少。3 C70高标号硅粉混凝土裂缝处理措施根据技术规范要求凡是裂缝宽度大于
14、0.5mm或是长度大于1.5m的裂缝均应进行处理。小浪底泄洪工程对C70高标号硅粉混凝土裂缝主要采用环氧树脂和特细水泥注浆进行处理。3.1 环氧注浆处理3.1.1 注浆材料 Sika 752环氧树脂浆材为双组分化灌材料按比例混合后,可在自然状态下或潮湿的混凝土表面无收缩固化。Sika 752环氧树脂力学强度指标及适用条件见表4。表4 龄期14d的强度指标及适用条件3.1.2 裂缝处理步骤 (1)用冲击钻沿裂缝钻孔,孔径6mm、孔深10cm、孔距30cm左右。(2)用高压风水枪冲洗裂缝及周围混凝土表面,并用高压空气吹净缝内积水。(3)在钻孔处安放灌浆咀。同时用Sika 731环氧砂浆封闭裂缝及灌
15、浆咀底座。固化24h.(4)把分别包装的Sika 752A、B两种材料按21的比例在干净的容器内混合并搅拌3min.(5)用环氧注浆泵将拌合好的浆液注入裂缝内,竖向缝自下而上,水平缝自一端向另一端,逐孔灌注,灌注压力为0.40.6MPa.(6)自然状态下养护,达到一定强度后用砂轮机把表面打平磨光。3.1.3 裂缝处理效果 孔板(导流)洞、排沙洞泄槽段均采用此方法进行处理,在处理过的裂缝中进行随机取芯检查,从芯样外观看,灌注材料充满裂缝空隙与混凝土结合很好。进行抗压实验时,满足混凝土设计强度要求。3.2 特细水泥注浆处理表5 强度指标及适用条件3.2.1 注浆材料 特细水泥(Sika Mikro
16、dur R-U)因其细度(最大颗粒通过d9516000cm2/g)有别于普通水泥。使用时特细水泥添加3%的外加剂(Sika Intraplast HE50)和水混合。特细水泥的力学强度指标及适用条件见表5.3.2.2 裂缝处理步骤 其施工方法及操作步骤与环氧树脂灌浆类似,不同的是环氧树脂灌浆沿逢面钻孔插入灌浆管,而特细水泥灌浆不需钻孔,只需沿逢面每隔3050cm安装一只管座,管座上连接支管,竖直缝自下而上,水平缝从一端到另一端,逐孔灌注,灌浆压力约0.61.2MPa.3.2.3 裂缝处理效果 3条明流洞泄槽段裂缝采用此方法处理,根据取芯检查结果,水泥变形与混凝土接近,进行抗压实验时,满足混凝土
17、设计强度要求。如果有渗水的裂缝采用特细水泥方法效果要比Sika环氧树脂好,但特细水泥方法价格?萐ika752方法高30%左右。因此,处理C70高标号硅粉混凝土裂缝时应根据实际情况选择不同的修补方法。4 结束语小浪底泄洪工程采用C70高标号硅粉混凝土的部位出现各种类型的裂缝的机率较C40以下混凝土的部位为高。从裂缝产生的时间上看,早期裂缝居多。从表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝类型上看,C70高标号硅粉混凝土中深层裂缝、贯穿裂缝较C40以下混凝土多。通过对早期裂缝和后期裂缝的原因分析,采取了有效的预防措施,这些措施的实施对防止裂缝形成取得了良好的效果。按照技术规范要求,凡是缝宽大于0.5mm或长度大
18、于1.5m的裂缝均应进行处理。小浪底采用环氧树脂注浆法和特细水泥注浆法处理裂缝,这两种方法工艺成熟,处理后的抗压强度满足设计要求。为了避免和减少高强度混凝土的裂缝,优化配合比设计、研制“补偿收缩混凝土”是土木工程材料学科的新课题。参 考 文 献:1 黄河小浪底水利枢纽泄洪工程(标)技术规范S。1994。2 黄河小浪底水利枢纽温控观测及实施分析报告R。黄河水利委员会设计院,1999. 砌体结构裂缝成因及预防措施论文上传:tgb70 论文作者:童光兵您是本文第 160 位读者摘要:本文分析了砌体结构裂缝的成因,对温度裂缝、收缩裂缝以及沉降裂缝的产生机理进行了分析,提供了温度应力、温度变形和干缩变形
19、的估算方法,讨论了影响砌体结构开裂的因素。针对这些影响因素提出了预防措施 关键词:砌体结构 变形裂缝 产生机理 温度变形 干缩变形 预防措施 中图分类号 364Causes and Measures of Treatment for Cracks in Masonry Structure BuildingsTong Guangbing目前,砌体结构的房屋出现各种型式的裂缝,非常常见。其裂缝程度轻重不一,差别很大。轻则影响房屋正常使用和美观,严重的将形成结构安全隐患,甚至发生工程事故。随着住宅商品化的发展,房屋裂缝问题越来越引起人们的关注。裂缝的类型及成因 按裂缝的成因,墙体裂缝可分为受力裂缝和
20、非受力裂缝两大类。各种直接荷载作用下,墙体产生的裂缝称为受力裂缝。而砌体因收缩、温度、湿度变化,地基沉陷不均等引起的裂缝是非受力裂缝,又称变形裂缝。砌体房屋的裂缝中变形裂缝占80以上1,其中温度裂缝更为突出。相对于受力裂缝,变形裂缝的产生机理和影响因素复杂得多,本文主要分析砌体结构的变形裂缝。1.1砌体房屋的温度变形1.1.1 温度裂缝的主要形态最常见的温度裂缝出现在混凝土平屋盖房屋的顶层两端墙体和山墙上。如在门窗洞边的正“八”字斜裂缝、山墙上部的斜裂缝、平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖(块)灰缝的水平裂缝、以及水平包角裂缝(包括女儿墙)等。温度裂缝是造成墙体早期裂缝的主要原因。这些裂缝一般经过一个冬
21、夏之后才逐渐稳定,不再继续发展,裂缝的宽度随着温度变化而略有变化。温度裂缝有明显的规律性:两端重中间轻,顶层重往下轻,阳面重阴面轻。1.1.2 温度裂缝产生机理对于砖砌体的结构,砖砌体的线膨胀系数5106,是混凝土的一半。当外界温度升高时,混凝土顶盖变形大,墙体变形相对较小,导致砖砌体和混凝土屋盖之间产生约束应力。使屋盖受压,墙体受拉、受剪。当约束条件下温度变形引起的温度应力足够大时,墙体就会产生温度裂缝。混凝土砌块墙体的线膨胀系数与混凝土屋盖相同。在夏季阳光照射下,两者之间存在一定的温差。屋面最高温度可达4050,而顶层外墙平均最高温度约为3035。屋面和顶层外墙存在1015的温差,两者的温
22、差可能引起墙体开裂。另外,从材料上看,相同砂浆强度等级下抗拉、抗剪强度混凝土砌块比砖砌体小了很多,沿齿缝截面弯拉强度仅为砖砌体的3035,沿通缝弯拉强度仅为砖砌体的4550,抗剪强度仅为砖砌体的5055。因此,在相同受力状态下,混凝土砌块抵抗拉力和剪力的能力要比砖砌体小很多,所以更容易开裂。1.1.3 温度应力的估算砌体结构的温度应力可通过下式估算2: (11) (12)当顶板与墙体材料不同时,式中,Cx水平阻力系数,混凝土板与墙体Cx=0.30.6N/mm3,混凝土板和钢筋混凝土圈梁Cx=1.0N/mm3; t墙厚; b一面墙负担的楼板宽度; h顶板厚度; Es混凝土的弹性模量; 1墙的线膨
23、胀系数,砖砌体5106;2顶板线膨胀系数,混凝土10106;T1墙的温度;T2顶板的温度;L墙长。式(11)中max为弹性剪应力。考虑升温较快,取应力松弛系数H(t)=0.70.8,则砌体的徐变剪应力为: (13)对于顶层墙体,墙体的压应力较小,墙体的剪应力近似等于主拉应力。根据式(11),墙体的剪应力与温差、水平阻力系数Cx以及建筑物长度有关。从式(11)可知,墙体剪应力与温差成正比。因此,采取隔热措施以减少温差,可达到减小主拉应力的目的;墙体剪应力与成正比。如水平阻力系数Cx降低30,则剪应力降低16。因此,可通过在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置水平滑动层来减少顶板与墙体的约束作
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