淺議水工混凝土裂縫的預(yù)防與處理

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 關(guān)于水利工程混凝土裂縫的預(yù)防與處理 

  　　　　簡(jiǎn)介： 水利工程砼由于長(zhǎng)期暴露于自然中、寒冬酷署、氣溫、水溫變化大，當(dāng)砼在化后產(chǎn)生的溫度應(yīng)變，比一般情況下的室內(nèi)砼要大3-4倍，故而水工砼的裂縫產(chǎn)生的預(yù)防和處理，更為顯的重要。 1．概述 　　　混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)的多項(xiàng)復(fù)合脆性材料。由于混凝土施工和本身變形和約束等一系列問(wèn)題，使混凝土產(chǎn)生裂縫，微裂縫通常是一種無(wú)害裂縫，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的承重、防滲及其他功能不產(chǎn)生危害。但是受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會(huì)不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的宏觀裂縫，這些裂縫已成為水利工程中常見(jiàn)的工程病害，輕者使混凝土內(nèi)部的鋼筋材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性、使用價(jià)值等。嚴(yán)重的將直接威脅到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。因此對(duì)混凝土裂縫的控制已成為水利工程建設(shè)引起高度重視的問(wèn)題之一 。 　　近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問(wèn)題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)，對(duì)水工建筑物安全是不會(huì)產(chǎn)生不良影響的。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定[1]：有些結(jié)構(gòu)在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)，從而確保工程質(zhì)量。 　　迄今為止，在設(shè)計(jì)時(shí)幾乎所有的混凝土都允許一定范圍內(nèi)開(kāi)裂，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性方面講，這是沒(méi)有問(wèn)題的。但問(wèn)題的關(guān)鍵在于一旦出現(xiàn)裂縫，在各種外力的作用下，尤其是水下結(jié)構(gòu)，在高水頭的水壓力以及侵蝕性媒介對(duì)裂縫的破壞性作用，可能會(huì)造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許開(kāi)裂的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張和蔓延。比如：前蘇聯(lián)修建的克拉斯諾雅爾期克大壩，靠底孔邊墻原來(lái)發(fā)現(xiàn)220條表面縫，但在外界環(huán)境作用下，短短5年時(shí)間后，10%的表面縫發(fā)展成為貫穿性裂縫。這樣的例子并不少見(jiàn)，因此，今后的設(shè)計(jì)除考慮結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)該充分考慮環(huán)境因素的長(zhǎng)期持久作用。 2．水工混凝土裂縫產(chǎn)生的因素 　　　按裂縫產(chǎn)生的原因劃分有：由外荷載（包括施工和使用階段的靜荷載、動(dòng)荷載）引起的裂縫；由變形（包括溫度、濕度變形、不均勻沉降等）引起的裂縫；由施工操作（如制作、脫模、養(yǎng)護(hù)、堆放、運(yùn)輸、吊裝等）引起的裂縫按裂縫的方向、形狀劃分有：水平裂縫，垂直裂縫，橫向裂縫，縱向裂縫，斜向裂縫以及放射狀裂縫等。 　　　按裂縫深度劃分有：貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。 　　水工建筑物產(chǎn)生裂縫因素有以下幾種： 　　a、大體積混凝土水化時(shí)產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過(guò)極限引起裂縫。 　　b、混凝土在硬化的過(guò)程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時(shí)產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時(shí)會(huì)很大，甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件。 　　　c、在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。 　　d、當(dāng)有約束時(shí)，混凝土熱漲冷縮所產(chǎn)生的體積漲縮，因?yàn)槭芗s束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。由于太陽(yáng)暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見(jiàn)的現(xiàn)象。 　　e、混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中活性氧化硅等起反應(yīng)，析出的膠狀堿——硅膠從周?chē)橘|(zhì)中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土漲裂產(chǎn)生裂縫。 　　f、在炎熱的大風(fēng)天氣，混凝土表面蒸發(fā)較過(guò)快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過(guò)高，在混凝土澆筑數(shù)小時(shí)仍處于塑性狀態(tài)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。 　　g、構(gòu)件超載產(chǎn)生的裂縫，例如：構(gòu)件在超出設(shè)計(jì)的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并向上、下延伸。 　　h、當(dāng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進(jìn)一步發(fā)展，裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。 　　i 、當(dāng)鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，例如：侵蝕性水，由于混凝土保護(hù)層厚度有限，特別是當(dāng)混凝土密實(shí)性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會(huì)使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來(lái)金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對(duì)周?chē)炷翑D壓，使混凝土脹裂。 　　3．水工混凝土裂縫的防止措施 　　a、設(shè)計(jì)單位應(yīng)該提出混凝土施工溫度控制的具體要求和混凝土養(yǎng)護(hù)的基本要求，控制外加劑的品種和摻量，確?；炷潦湛s與膨脹相抵消；按《規(guī)范》要求設(shè)置必要的變形縫。 　　b、混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。施工時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土配合比，計(jì)量要準(zhǔn)確，坍落度抽檢工作要加強(qiáng)，不能流于形式。 　　　c、混凝土振搗要密實(shí)，拆模后要掛草簾或鋪草澆水養(yǎng)護(hù)保濕。新澆筑的混凝土就象剛剛出生的嬰兒，需要體貼關(guān)心和愛(ài)護(hù)?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)不僅對(duì)防止早期表面裂縫顯得重要，它對(duì)混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展、混凝土的進(jìn)一步成熟和耐久性等也同樣重要，在過(guò)去許多工程的施工和管理中對(duì)養(yǎng)護(hù)的重要性沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)。? 　　　d、施工過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實(shí)情況，不能漏振，過(guò)振，且在第一次振搗后要進(jìn)行第二次振搗。 　　e、配置大體積混凝土宜使用低水化熱水泥，如硅酸鹽水泥或普通硅酸水泥、礦渣水泥，此外可摻加膨漲劑、適量的粉煤灰等，摻粉煤灰是一項(xiàng)既能減少由溫度應(yīng)力而使大壩開(kāi)裂的危險(xiǎn)，又能提高混凝土某些性能的經(jīng)濟(jì)有效的措施；同時(shí)要采用塑料薄膜和草袋覆蓋，以確保混凝土內(nèi)外溫差小于25°。根據(jù)構(gòu)造要求情況配置必要的鋼筋起到限裂的作用。 　　f、《規(guī)范》中要求采用新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備。很多方面要通過(guò)原材料的選用和控制來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)時(shí)要選用堿活性小的砂石骨料，同時(shí)注意選用低堿或無(wú)堿外加劑以及選用合適的摻和料抑制堿性骨料反應(yīng)。 　　g、對(duì)泵送混凝土，則要在滿足其可泵性、和易性的前提下，盡量減小出機(jī)時(shí)的坍落度、降低砂率、并嚴(yán)格控制骨料的含泥量。 　　4、水工混凝土工程的常見(jiàn)缺陷修補(bǔ) 　　a、開(kāi)槽法修補(bǔ)裂縫 　　采用環(huán)氧樹(shù)脂：10，聚硫橡膠：3，水泥：12.5，砂：28。 　　首先用人工將曬干篩后的砂、水泥按比例配好攪拌均勻后，將環(huán)氧樹(shù)脂聚硫橡膠也按配比拌勻。然后摻入已拌好的砂、水泥當(dāng)中，再用人工繼續(xù)攪拌。最后用少量的丙酮將已拌好的砂漿稀釋到適中稠度（約0.4斤丙酮就可以了）。及時(shí)將已拌好的改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿用橡膠桶裝到已鑿好洗凈吹干后的砼鑿槽內(nèi)進(jìn)行嵌入。從砂漿開(kāi)始拌和到嵌入砼縫內(nèi)，一組砂漿的整個(gè)施工過(guò)程需要30分鐘左右完成。 　　嵌入后的砂漿養(yǎng)護(hù)即砂漿嵌入縫槽內(nèi)處理好后兩小時(shí)以內(nèi)及時(shí)用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行覆蓋，待完全初凝后，開(kāi)始用水養(yǎng)護(hù)。 　　b．低壓注漿法修補(bǔ)裂縫 　　低壓注漿法適用于寬度為0.2mm~0.3mm的混凝土裂縫修補(bǔ)。修補(bǔ)工序如下：裂縫清理—試漏—配制注漿液—壓力注漿—二次注漿—清理表面。 　　當(dāng)裂縫數(shù)量較多時(shí)，先要在裂縫位置上貼醫(yī)用白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來(lái)回涂刷封縫，使裂縫封閉，大約10分鐘后，揭去膠布條，露出小縫，粘貼注漿嘴用鍵包嚴(yán)。固化后周邊可能有裂口，必須反復(fù)用漿補(bǔ)上，以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第二天進(jìn)行，若氣溫高的話，半天就可注漿。操作時(shí)先用補(bǔ)縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動(dòng)補(bǔ)縫器活塞，使?jié){液通過(guò)注漿嘴壓入裂縫，當(dāng)相鄰的嘴中流出漿液時(shí)，就可拔出補(bǔ)縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿，水平縫一般從一端到另一端逐個(gè)注漿。為了保證漿液充滿，在注漿后約半小時(shí)可以對(duì)每個(gè)注漿嘴再次補(bǔ)漿。 　　C、表面覆蓋法修補(bǔ)裂縫 　　這是一種在微細(xì)裂縫（一般寬度小于0.2mm）的表面上涂膜，以達(dá)到修補(bǔ)混凝土微細(xì)裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法，這種方法的缺點(diǎn)是修補(bǔ)工作無(wú)法深入到裂縫內(nèi)部，對(duì)延伸裂縫難以追蹤其變化。 　　表面覆蓋法所用材料視修補(bǔ)目的及建筑物所處環(huán)境不同而異，通常采用彈性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜（粘貼）等。施工時(shí)，首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹(shù)脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補(bǔ)材料涂覆表面。 　　除以上三種常用混凝土裂縫修補(bǔ)法外，還有結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、仿生自愈合法等修補(bǔ)方法，要根據(jù)工程具體情況選用合適的混凝土裂縫修補(bǔ)方法。 　　5、結(jié) 論 　　　裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。 　　　 　　　 　　　                                                       周謙 二00七年八月十二日