怎么防止水工混凝土出現(xiàn)裂縫？

在諸多的圩口閘、生產(chǎn)橋、泵站、跌水、涵洞、倒虹吸、渡槽、防滲渠道水利工程中,由于混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲等一系列因素,混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會(huì)發(fā)生細(xì)而淺的裂縫。因?yàn)榱芽p的存在破壞了結(jié)構(gòu)的整體性,結(jié)構(gòu)受力與變形會(huì)產(chǎn)生突變,使得結(jié)構(gòu)開裂、不穩(wěn)定甚至破壞,給結(jié)構(gòu)的運(yùn)行帶來不確定性,而且易導(dǎo)致鋼筋銹蝕,有些損壞嚴(yán)重的還會(huì)削弱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,使水利工程失穩(wěn),危及水工建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.水利工程中混凝土表面裂縫的危害

混凝土建筑物裂縫滲漏在水工建筑物各種損壞現(xiàn)象當(dāng)中屬于比較常見的一大病害,會(huì)使混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏、裂縫,影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用及滲漏的結(jié)果,一方面在經(jīng)受壓力荷載和溫度脹縮的反復(fù)作用下使裂縫逐步擴(kuò)寬和發(fā)展;另一方面當(dāng)水滲入混凝土內(nèi)部后,使混凝土的堿度降低,使鋼筋純化膜遭受破壞,當(dāng)水和空氣同時(shí)期滲入,促使鋼筋銹蝕,并可能由此導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞。根據(jù)調(diào)查,裂縫引起的各種不利后果中,滲漏水占60%。水分子的直徑約0.3×10~6mm,可穿過任何肉眼可見的裂縫(以0.05mm為界)�；炷�土碳化會(huì)加劇混凝開裂,一旦混凝土開裂就無法再愈合,而且在外界荷載與環(huán)境條件(包括干濕、冷熱循環(huán))作用下繼續(xù)收縮,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物破壞。混凝土裂縫的存在,導(dǎo)致水泥水化物中游離的氫氧化鈣[Ca(OH)2]能吸收軟土中的水和土孔隙中的二氧化碳,相互作用形成碳酸鈣,這就是常說的混凝土碳化,混凝土碳化有混凝土“癌癥”之說,碳化會(huì)使混凝土的堿度降低。同時(shí),增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量,因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱,當(dāng)水和空氣同時(shí)期滲入,鋼筋就產(chǎn)生銹蝕。綜上,混凝土的裂縫(蠕變)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有重要意義,會(huì)切斷結(jié)構(gòu)的斷面,可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性,其危害性是較嚴(yán)重的。輕則影響建筑物的外觀和正常使用,前者導(dǎo)致混凝土材料的疲勞;后者則使破壞過程加劇并復(fù)雜化而難于防治。

2.水利工程中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1外荷載引起的裂縫
水利工程施工中一種由外荷載(如靜、動(dòng)荷載)的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫,裂縫具有普遍性、發(fā)育不均勻性、形態(tài)多樣性等特點(diǎn),其主要包括直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫;次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

2.2收縮引起而可能產(chǎn)生有害裂縫
水利工程實(shí)際施工中,常見的混凝土裂縫有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮、縮水收縮(也叫干縮)、自生收縮等是產(chǎn)生裂縫的主要原因。研究表明,混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交借,成龜裂狀,形成沒有任何規(guī)律,主要因素包括:強(qiáng)度等級(jí)、水泥品種及標(biāo)號(hào)、砂子規(guī)格、石子規(guī)格、每m3砼材料用量、養(yǎng)護(hù)方法、外界環(huán)境。

2.3外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化引起的裂縫
一般的物質(zhì)(少數(shù)幾種例外),都具有熱脹冷縮的特性,混凝土也不例外。當(dāng)外部環(huán)境或內(nèi)部溫度發(fā)生變化,就形成內(nèi)外的較大溫差,較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些水利工程建設(shè)中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出荷載應(yīng)力。水泥水化熱升溫或外界短期大幅降溫,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差很大,一般超過25℃以上,引起溫度應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫差裂縫。

3.控制水利施工中混凝土裂縫的對(duì)策

(1)加強(qiáng)配合比的優(yōu)化�；炷�土配合比的設(shè)計(jì)不僅要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的抗?jié)B性、耐凍性等耐久性的要求,而且還要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未明確的其他耐久性要求。采集原材料進(jìn)行試拌,盡可能地減少水泥用量,Ⅰ、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)粉煤灰在細(xì)度、需水量比和燒失量等技術(shù)指標(biāo)上有比較大的區(qū)別,添加Ⅰ級(jí)粉煤灰,嚴(yán)格控制水膠比,粗骨料應(yīng)采用二級(jí)或多級(jí)級(jí)配,其松散堆積密度應(yīng)大于1500kg/m3,緊密空隙率宜小于40%。摻入適量的粉煤灰不僅能降低成本,而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗硫酸鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱,減少收縮,提高抗侵蝕具有良好的作用。

(2)原料對(duì)映選擇性。細(xì)骨料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好;人工砂的細(xì)度模數(shù)且在2.4~2.8范圍內(nèi),含泥量控制在1%內(nèi)。采用石灰?guī)r,壓碎值為18%,針片狀含量

(3)施工過程控制。第一,混凝土二次振搗施工工藝是一種簡(jiǎn)單高效的除混凝土沉縮裂縫的方法。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時(shí)間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性能決定,一般以5~5s/次為宜,能較好地消除粗骨料、鋼筋下面的水膜,消除沉縮收縮量。第二,采用二次抹壓技術(shù)可消除混凝土干縮、沉縮和塑性收縮產(chǎn)生的表面裂縫。此種裂縫是混凝土表面水分散失引起的,發(fā)生在混凝土加水至初凝的這段時(shí)間,消除此種裂縫應(yīng)采用抹光機(jī)械經(jīng)多次提漿、抹平,根據(jù)地坪的硬化情況,去掉圓盤,利用機(jī)械抹光機(jī)的抹刀進(jìn)行3~5遍縱橫方向收光,將極大地提高混凝土的平整度和表面強(qiáng)度。第三,控制內(nèi)約束溫度裂縫措施,主要控制混凝土內(nèi)外溫差、表面與外界溫差,防止混凝土表面急劇冷卻�；炷�土產(chǎn)生裂縫的原因有多種,但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度,在混凝土內(nèi)部溫度不斷上升,在內(nèi)外溫差過大時(shí),應(yīng)根據(jù)本地實(shí)際情況,積極采取工程措施,加強(qiáng)測(cè)溫和氣溫預(yù)報(bào),做到防護(hù)及時(shí)。

(4)防止干縮裂縫的措施�？s裂縫不僅嚴(yán)重?fù)p害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性,也會(huì)使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴(yán)重的裂縫�；炷�土中水分存在于孔隙中,這些孔隙分布在水泥石、骨料及骨料與水泥石之間和鋼筋與水泥石之間的交界處,產(chǎn)生濕脹干縮。應(yīng)加強(qiáng)振搗使之密實(shí),減少混凝土的離析和泌水,提高混凝土的泵送性能,提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度,降低氯離子的滲透能力,可有效地控制混凝土濕脹干縮裂縫產(chǎn)生。