摘要:混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)工程項(xiàng)目中占有重大的地位,雖然在項(xiàng)目施工過程中使用了多項(xiàng)措施來防止裂縫的產(chǎn)生,但是在水閘混凝土中仍有不少裂縫的產(chǎn)生,特別是水閘的閘墩部位。本文從原材料、施工方法、溫度控制及后期護(hù)養(yǎng)等角度分析,以預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。
關(guān)鍵字:水閘;閘墩; 裂縫; 預(yù)防措施
水閘是泵站中最常見的建筑物之一,是典型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘墩部位因諸多因素易產(chǎn)生裂縫。這種現(xiàn)象長期一直以來困擾著建筑工程界,沒有得到很好的解決。水閘混凝土裂縫的出現(xiàn)給水閘本身帶來很多的弊端,給水閘各功能帶來不同程度的危害。在多方面收集相關(guān)資料及調(diào)研的基礎(chǔ)上,本文針對(duì)水閘混凝土裂縫的成因及防治進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
1水閘閘墩裂縫產(chǎn)生的原因
1.1 閘墩混凝土內(nèi)外溫差大,導(dǎo)致裂縫
（1）閘墩為大體積混凝土,因?yàn)槠鋬?nèi)外的散熱條件不同,熱量的傳遞易在內(nèi)部積存,導(dǎo)致內(nèi)部溫度逐步高于外部溫度。在升溫階段,外部混凝土散熱條件好,熱量容易散發(fā);而內(nèi)部混凝土散熱條件差,內(nèi)部熱量散不出去,導(dǎo)致閘墩內(nèi)外產(chǎn)生較大溫度差。
（2）因閘墩內(nèi)部散熱性能較低,在外界降溫階段造成外部混凝土溫度低于內(nèi)部。使閘墩內(nèi)外混凝土形成了一溫度梯度,導(dǎo)致了其變形的不一致。內(nèi)部膨脹受到外部的限制,或相應(yīng)地外部收縮受到內(nèi)部約束,于是在外部混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)變達(dá)到其極限拉應(yīng)變,裂縫就由此產(chǎn)生。
（3）水閘所處的物理環(huán)境溫度變化也會(huì)對(duì)閘墩裂縫造成影響。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時(shí),裂縫更為嚴(yán)重。
1.2 閘墩混凝土的水分揮發(fā)嚴(yán)重且不均,導(dǎo)致裂縫
（1）一方面外部混凝土水分的蒸發(fā)程度、速度均大于內(nèi)部的混凝土,另一方面外部混凝土收縮的程度大于內(nèi)部混凝土。就使得外部混凝土整體的拉應(yīng)力逐漸增大,導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生。
（2）閘墩混凝土內(nèi)部的水分,一部分提供了水泥水化的需要,另一部產(chǎn)生流失,但大部分水分是在澆搗完畢后慢慢蒸發(fā)掉。隨著水泥的凝結(jié)、硬化,混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失,引起混凝土的水分蒸發(fā)及含濕量的不均勻分布,形成濕度變化梯度,從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。
1.3 混凝土自生體積變形,導(dǎo)致裂縫
（1）由于水泥水化時(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降,形成彎月;另一方面,水泥供水不足時(shí),會(huì)產(chǎn)生自干燥作用,使混凝土體相對(duì)濕度降低,體積變小。水閘閘墩斷面尺寸雖然不是很大,但屬于必須解決水化熱問題的大體積混凝土結(jié)構(gòu),必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。影響混凝土自生體積收縮的因素主要是材料的化學(xué)成分和水灰比。
（2）排除混凝土的水分蒸發(fā),其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生自生體積變形。在底板約束影響范圍內(nèi),膨脹型自生體積變形會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力,有利于防裂;收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的�；炷恋淖陨湛s一般在拆模之前完成。雖然其量值不大,但如果同其他收縮加在一起,就會(huì)使表面拉應(yīng)力增大,產(chǎn)生裂縫。因此,必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。
1.4 外部約束導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫
（1）閘墩是底部固結(jié)在底板上,上部自由的結(jié)構(gòu)。外部約束主要受閘墩的分縫長度和底板與閘墩混凝土的澆筑時(shí)間間隔影響。閘墩在沿其高度方向可以自由伸縮,不受約束;厚度方向由于閘墩厚度不大,約束很小;而在沿水流方向,則受底板約束相對(duì)很大。
（2）閘墩混凝土澆筑早期,產(chǎn)生大量水化熱,溫度升高,體積膨脹,受到底板約束,產(chǎn)生壓應(yīng)力,但彈性模量低,產(chǎn)生的壓應(yīng)力很小。隨著熱量的散發(fā),混凝土開始降溫,加之干縮、自生體積變形等影響,體積開始收縮,同樣受到底板約束,產(chǎn)生拉應(yīng)力,此時(shí)混凝土彈性模量已增大很多,產(chǎn)生的拉應(yīng)力足以很快抵消早期產(chǎn)生的壓應(yīng)力,并進(jìn)而出現(xiàn)較大的凈拉應(yīng)力。由于沿水流方向受到的約束最大,則該方向的拉應(yīng)力也最大,此時(shí)混凝土齡期短,強(qiáng)度低,產(chǎn)生的拉應(yīng)力易超過其抗拉強(qiáng)度,于是在閘墩上產(chǎn)生了常見的垂直于底板和水流方向的裂縫。
2預(yù)防閘墩混凝土裂縫的預(yù)防措施
根據(jù)以上的分析可知,混凝土各種不同情況下的開裂有著多方面的原因,并且通常是多方面作用的結(jié)果。為防止混凝土的開裂,可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。
2.1 選擇合理的原材料配合比
（1）為了降低水化熱,可采用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。減少水泥用量,可降低水化熱,降低混凝土的拉應(yīng)力。
（2）在混凝土中摻活性混合料,如在混凝土中摻粉煤灰,可使混凝土最高溫度降低,并可將達(dá)到最高溫度的時(shí)間向后推遲,有利于熱量消散,用時(shí)間控制裂縫。
（3）使用外加劑進(jìn)行裂縫的預(yù)防。例如摻加20%粉煤灰、緩凝劑、減少劑等可減慢混凝土放熱的速度,減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。
（4）使用膨脹劑可以補(bǔ)償混凝土的自生收縮,產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力,抵消結(jié)構(gòu)由于收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。要注意膨脹劑應(yīng)使用在閘墩底部有外部約束的部位,注意各部位混凝土膨脹變形的協(xié)調(diào)性,避免內(nèi)部膨脹大于表面膨脹現(xiàn)象的出現(xiàn)。
此外,要特別注意混凝土合理配合比的設(shè)計(jì)。
2.2 嚴(yán)格控制施工方法及工藝
（1）為了使混凝土更好地散熱,可分層澆筑混凝土,分層的深度為1.0～1.5m。上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完,最底一層混凝土可與底板同時(shí)澆筑,這樣就可削弱或消除底板對(duì)閘墩混凝土的約束。
（2）對(duì)于不滲水的干燥縫的處理,首先用環(huán)氧膩?zhàn)泳鶆蚍饪p,然后使用結(jié)構(gòu)膠將裂縫兩邊各2cm范圍內(nèi)的表面批2~5mm厚做第二道密封層,以確保灌漿時(shí)裂縫中的漿液不會(huì)泄漏。
（3）對(duì)于潮濕縫的處理,首先用堵漏劑堵水,待干燥后,在裂縫兩邊各2cm寬的范圍用結(jié)構(gòu)膠批2~5mm厚做為保護(hù)層,確保裂縫不漏漿。
（4）按由下而上的順序進(jìn)行灌漿。灌漿過程中,保持工作壓力在0.1~0.3Mpa,當(dāng)灌到最后一個(gè)灌漿嘴時(shí),應(yīng)適當(dāng)加大壓力迸漿。漿液固化以后,沿裂縫走向,鑿除封縫用的結(jié)構(gòu)膠、灌漿嘴及殘留物,,并用聚合物水泥砂漿找平對(duì)裂縫表面進(jìn)行防護(hù)。
2.3 進(jìn)行溫度控制
（1）降低混凝土的入倉溫度,使現(xiàn)場新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。
（2）在高溫期拌和時(shí),加入冰片代替一部分水進(jìn)行混凝土冷卻。
（3）澆筑時(shí)間選擇在秋季,而且避開午間高溫時(shí)澆筑。
（4）對(duì)運(yùn)送混凝土的工具或澆筑倉面采取遮陽和降溫措施,在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管,用人工冷卻水進(jìn)行人工導(dǎo)熱,降低混凝土的內(nèi)部溫度。
（5）對(duì)于外部混凝土進(jìn)行隔熱保護(hù),以調(diào)節(jié)表面溫度下降的速度,使內(nèi)外溫差減小。
2.4 定期進(jìn)行閘墩養(yǎng)護(hù)
（1）早期養(yǎng)護(hù)可以在模板未拆時(shí),盡可能減少環(huán)境風(fēng)速。
（2）拆模后可從結(jié)構(gòu)頂部澆水或淋水,保證混凝土表面濕潤,若在閘墩四周裹上不透氣塑料膜后再澆水或淋水,則養(yǎng)護(hù)效果會(huì)更好。
（3）拆模后立即在混凝土表面涂上防裂劑,以便能起到保濕的作用。
3結(jié)論
水閘閘墩混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題突出且復(fù)雜,已受到越來越多的重視。在采取防裂預(yù)防措施時(shí),要分析其主要原因,綜合考慮各種預(yù)防措施對(duì)混凝土抗裂能力的評(píng)價(jià),以便采取最為有效的防裂措施;同時(shí)要加強(qiáng)科學(xué)研究工作,分析裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)因,以便提出新的技術(shù)、新的方法;另一方面要加設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)管部門之間的合作,盡力將裂縫降低到最小程度。
