探討水工混凝土施工控制及預(yù)防裂縫的措施
關(guān)鍵詞:混凝土;裂縫;預(yù)防;處理
1前言
在水利工程建設(shè)中,水工混凝土的裂縫較為普遍,尤其在薄壁結(jié)構(gòu)的水工建筑物中裂縫幾乎無所不在。盡管工程技術(shù)人員在施工中采取各種措施,但裂縫仍然時(shí)有出現(xiàn)。因此本文僅對施工中水工混凝土裂縫的成因和防治措施做一探討。
2水工混凝土產(chǎn)生裂縫的原因
混凝土中產(chǎn)生裂縫有多種原因,主要是溫度和濕度的變化,混凝土的脆性和不均勻性,以及結(jié)構(gòu)不合理,原材料不合格(如堿骨料反應(yīng)),模板變形,基礎(chǔ)不均勻沉降等�；炷劣不陂g水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束,又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降底也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂縫能力時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化。如養(yǎng)護(hù)不周。時(shí)干時(shí)濕,表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫�；炷潦且环N脆性材料,抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右,由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象,在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低,易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計(jì)中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時(shí)溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。
3造成混凝土裂縫的溫度應(yīng)力分析
根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段早期自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時(shí)期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時(shí)起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類:第一類,自生應(yīng)力。邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu),如果內(nèi)部溫度是非線性分布的,由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。例如,渡槽槽墩、壓力管道鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)尺寸相對較大,混凝土冷卻時(shí)表面溫度低,內(nèi)部溫度高,在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力,在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。第二類,約束應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束,不能自由變形而引起的應(yīng)力。如泵站廠房的人行道板混凝土、箱形暗渠頂板混凝土,以上這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下,需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算�；炷恋男熳兪箿囟葢�(yīng)力有相當(dāng)大的松弛,計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí),必須考慮徐變的影響。
4混凝土施工控制及防止裂縫的措施
根據(jù)多年施工質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn),為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力,可以著重從控制溫度和改善約束條件兩個(gè)方面著手,同時(shí)也要全面管理,才能真正避免混凝土的各種裂縫間題。因此,建議從以下幾方面采取相應(yīng)措施。
4．1控制溫度的措施
(1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土,摻混合料,加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;
(2)拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
(3)熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;
(4)在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;
(5)規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度;
(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
4.2改善約束條件的措施
(1)合理地分縫分塊,或及時(shí)切割伸縮縫;
(2)避免因基礎(chǔ)過大水平面起伏,使同一構(gòu)筑物混凝土厚度保持一致;
(3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露。
4.3改善混凝土性能提高抗裂的措施
改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),防止表面干縮,是保證混凝土的質(zhì)量防止裂縫十分重要的措施。許多實(shí)踐證明通過改善混凝土性能,能夠避免產(chǎn)生貫穿裂縫,一旦出現(xiàn)后要恢復(fù)其結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的,因此施工中應(yīng)以預(yù)防貫穿性裂縫的發(fā)生為主。
4.4掌握混凝土合適的拆模時(shí)間防止裂縫的產(chǎn)生
在混凝土的施工中,為了提高模板的周轉(zhuǎn)率,往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)間,以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑的混凝土早期拆模,在表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期,由于水化熱的散發(fā),表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力,此時(shí)表面溫度亦較氣溫為高,此時(shí)拆除模板,表面溫度驟降,必然引起溫度梯度,從而在表面附加一拉應(yīng)力,與水化熱應(yīng)力迭加,再加上混凝土干縮,表面的拉應(yīng)力達(dá)到很大的數(shù)值,就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn),但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料,如泡沫海棉等,對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力,具有顯著的效果。
4.5加筋對大體積混凝土溫度應(yīng)力的影響
加筋對大體積混凝土的溫度應(yīng)力影響很小,因?yàn)榇篌w積混凝土的含筋率極低。只是對一般鋼筋混凝土有影響。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下,鋼的各項(xiàng)性能是穩(wěn)定的,而與應(yīng)力狀態(tài)、時(shí)間及溫度無關(guān)。鋼的線膨脹系數(shù)與混凝土線膨脹系數(shù)相差很小,在溫度變化時(shí)兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼的彈性模量為混凝土彈性模量的7倍～15倍,當(dāng)內(nèi)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開裂時(shí),鋼筋的應(yīng)力將不超過100kg/cm2～200kg/cm2。因此,在混凝土中想要利用鋼筋來防止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多、間距小、寬度與深度較小了。而且如果鋼筋的直徑細(xì)而間距密時(shí),對提高混凝土抗裂性的效果較好�；炷梁弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫,其中大多數(shù)屬于干縮裂縫。雖然這種裂縫一般都較淺,但它對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性仍有一定的影響。
4.6選用混凝土外加劑防止裂縫形成
為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少混凝土開裂的措施之一。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。
4.7加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù),防止早期裂縫發(fā)生
實(shí)踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成。尤其在北方地區(qū)寒冷或炎熱造成的溫差也容易形成裂縫。因此說混凝土的保溫和保濕對防止表面早期裂縫尤其重要。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的�；炷恋谋卮胧┏３Ｒ灿斜竦男Ч睦碚撋戏治�,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或防礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來,最好采用混凝土養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)措施。
5結(jié)語
本文對水工混凝土裂縫成因與防治措施之間的關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)踐上的初步探討,雖然學(xué)術(shù)界對于混凝土裂縫在成因和計(jì)算方法有不同的理論,但對于具體的預(yù)防和改善措施意見還是比較統(tǒng)一,同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果也是比較好的。這就要求技術(shù)人員在具體施工中要多觀察、多比較、多分析、多總結(jié),根據(jù)工程的不同情況,采取不同的方法進(jìn)行防止混凝土的裂縫是完全可以避免。
