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        水利工程施工混凝土裂縫防治技術(shù)芻議

        2012-10-24 12:08:12馮是明鄒福華
        黑龍江水利科技 2012年11期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)施工

        馮是明,鄒福華

        ( 江西省水利水電建設(shè)有限公司,南昌330025)

        0 引 言

        混凝土作為水利工程中的一種重要建筑材料,混凝土結(jié)構(gòu)作為水利工程中重要的組成部分,對(duì)于整個(gè)水利工程的質(zhì)量控制起著至關(guān)重要的作用。而水利工程作為一項(xiàng)民生工程,對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)也起著重要的作用,故混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制是整個(gè)施工控制中的重要環(huán)節(jié)。水利工程混凝土結(jié)構(gòu)需要長(zhǎng)期承受各種荷載的作用,不可避免的會(huì)產(chǎn)生裂縫、破損等情況。而混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的存在和發(fā)展,破壞了水工建筑結(jié)構(gòu)的整體性,導(dǎo)致水工建筑物內(nèi)部鋼筋銹蝕,從而降低該結(jié)構(gòu)物的耐久性,并影響該結(jié)構(gòu)物的正常使用,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí):θ嗣竦纳?cái)產(chǎn),故應(yīng)采取必要的防治措施,將混凝土裂縫帶來(lái)的影響減小到最少。

        1 水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因及分類(lèi)

        混凝土裂縫是水利工程結(jié)構(gòu)物最常見(jiàn)的病害之一,對(duì)水工結(jié)構(gòu)物的安全和耐久性造成很大的隱患,造成裂縫的原因有自身因素,也有外部因素。因此,根據(jù)裂縫生成的原因,可以將裂縫分為兩大類(lèi)。

        1.1 混凝土自身因素引起的裂縫

        1.1.1 沉縮裂縫

        沉縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于在混凝土配制過(guò)程中,配合比設(shè)計(jì)不合理,粗細(xì)骨料級(jí)配差,或者是用水量過(guò)大,構(gòu)件厚度大并且振搗不均勻。因?yàn)樯鲜鲈蚴够炷w凝結(jié)過(guò)程緩慢,從而使比重大的粗骨料下沉,而比重小的水泥漿上浮。粗骨料在下沉的過(guò)程中被鋼筋阻隔從而產(chǎn)生不均勻下沉,并最終使被阻隔部位出現(xiàn)裂縫。同時(shí),水泥漿在上浮過(guò)程中,導(dǎo)致混凝土的收縮率增大,最終導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。這些裂縫一般產(chǎn)生在混凝土初凝后、終凝前,沉縮量一般為構(gòu)件厚度的1%左右[1]。

        1.1.2 收縮裂縫

        混凝土在空氣中硬化時(shí)常常因?yàn)楦煽s引起體積變形,這種變形在受到約束時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫,這種裂縫稱(chēng)之為收縮裂縫,該裂縫的寬度有時(shí)會(huì)很大,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件。故在配筋率較高的構(gòu)件中,常常容易引起構(gòu)件局部裂縫。另外新老混凝土的界面也容易產(chǎn)生收縮裂縫。

        1.1.3 混凝土塑性坍落引起的裂縫

        混凝土塑性坍落發(fā)生在混凝土澆筑后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),在這段時(shí)間內(nèi),混凝土還處于塑性狀態(tài),當(dāng)混凝土出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時(shí),混合料中的固體顆粒在重力作用下就有向下沉移并向上浮動(dòng)的傾向。這種移動(dòng)在受到鋼筋骨架或者模板約束時(shí),就容易在上部形成沿鋼筋長(zhǎng)度方向的裂縫。

        1.2 外界因素引起的混凝土裂縫

        1.2.1 溫度變化引起的裂縫

        大體積混凝土在硬化過(guò)程中,由于水化會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱,這些水化熱如果不能及時(shí)散發(fā),混凝土內(nèi)部溫度就會(huì)很快上升,使混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大,從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力,使混凝土產(chǎn)生形變,而混凝土在硬化初期,只有很低的抗拉強(qiáng)度,故當(dāng)混凝土的形變超過(guò)極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。另外鋼筋混凝士在受到外部因素影響比如陽(yáng)光照射,大氣溫度變化等時(shí)冷熱變化較大的時(shí)候,也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生溫度應(yīng)力而發(fā)生形變,一旦這種形變達(dá)到極限就會(huì)馬上產(chǎn)生裂縫。此外,混凝土在冬季施工或者蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí),如防護(hù)措施不當(dāng),驟冷驟熱,也會(huì)因?yàn)閮?nèi)外溫度不均而產(chǎn)生溫度裂縫[2-3]。

        1.2.2 沉陷裂縫

        沉陷裂縫的產(chǎn)生主要是由于工程結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)較差,比如土質(zhì)不均勻或者土質(zhì)松軟,以及在回填土?xí)r沒(méi)有壓實(shí),或是施工過(guò)程中浸水等原因,而使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降而產(chǎn)生的。其次,在模板剛度不足,模板支撐的間距過(guò)大或者支撐底部松動(dòng)的情況下,也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉陷裂縫,特別是在冬季,模板是支撐在凍土上的,當(dāng)凍土凍化后更容易產(chǎn)生不均勻沉降從而形成裂縫。此種裂縫走向與沉陷情況有關(guān),一般與地面垂直或呈30° ~45°方向發(fā)展,較大的沉陷裂縫常有一定的錯(cuò)位,裂縫寬度大部分情況下與沉陷量成正比關(guān)系,裂縫寬度受溫度變化的影響較小,地基變形穩(wěn)定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定[4-5]。

        1.2.3 不利環(huán)境下鋼筋銹蝕導(dǎo)致的裂縫

        水利工程中的鋼筋混凝土常常處于不利環(huán)境中,當(dāng)混凝土密實(shí)性不夠加之保護(hù)層厚度不足時(shí),一旦環(huán)境中有氯化物浸入,氯化物中游離出來(lái)的氯離子就會(huì)與溶于水中的氧離子發(fā)生反應(yīng),并進(jìn)一步與鋼筋混凝土中的鋼筋發(fā)生反應(yīng)生成氧化鐵,從而使鋼筋生銹。因?yàn)樾庐a(chǎn)生的氧化鐵的體積比原來(lái)鋼鐵的體積要大得多,這時(shí)就會(huì)在混凝土內(nèi)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,從而擠壓周邊的混凝土,并最終產(chǎn)生裂縫。

        2 水利工程施工中混凝土裂縫的防護(hù)措施

        2.1 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì),采用適當(dāng)?shù)脑牧?/h3>

        針對(duì)混凝土自身因素產(chǎn)生的裂縫,可以考慮優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì),采用級(jí)配較好的骨料,將水灰比和水泥用量控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)( 表1) ,適當(dāng)?shù)奶砑臃勖夯腋纳苹炷恋暮鸵仔?,增加一定量的減水劑,保證泵送流動(dòng)度,降低溫升,減少收縮。

        使用適當(dāng)?shù)脑牧希M量使用低熱的水泥和粉煤灰,改善骨料級(jí)配,將砂料細(xì)度模數(shù)控制在>2. 4,含泥量控制在<1%。碎石針片狀控制在<10%,含泥量控制在<1%,控制原材料的質(zhì)量可以有效減少混凝土產(chǎn)生收縮。

        表1 水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量[2]kg·(m3) -1

        2.2 混凝土拌制控制

        在施工前應(yīng)進(jìn)行原材料試拌,及時(shí)調(diào)整混凝土配合比,選擇合適的天氣澆筑混凝土,盡量不要在高溫暴曬或者多風(fēng)的天氣施工,若需要在上述條件下施工,一定要采取相應(yīng)的遮擋或保溫措施。

        2.3 混凝土施工過(guò)程控制

        在施工過(guò)程中,針對(duì)混凝土有可能產(chǎn)生的各種不同裂縫,可以采取不同的方法進(jìn)行預(yù)防。對(duì)于收縮裂縫,可以通過(guò)二次振搗來(lái)消除,經(jīng)二次振搗過(guò)的混凝土,能較好地消除粗骨料及鋼筋下面的水膜,從而可以起到消除沉縮量的作用;對(duì)于塑性收縮裂縫,可以進(jìn)行二次壓光的工藝,因?yàn)樗苄允湛s裂縫的產(chǎn)生是由混凝土表面水分散失引起的,故可先用機(jī)械抹光機(jī)進(jìn)行大面積高強(qiáng)度的提漿抹光,然后用機(jī)械收光機(jī)進(jìn)行收光,最后在混凝土終凝前再進(jìn)行二次人工抹壓收光。

        2.4 其他措施

        結(jié)合混凝土裂縫產(chǎn)生的其他因素,還可以考慮采取以下措施達(dá)到消除裂縫的目的:

        1) 對(duì)于容易產(chǎn)生沉陷裂縫的松軟土填土地基,在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固,應(yīng)將模板支撐牢固,并使地基受力均勻,保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度。

        2) 拆模時(shí)間不能過(guò)早,并應(yīng)注意拆模的次序。

        3) 應(yīng)在混凝土早期進(jìn)行良好的養(yǎng)護(hù)和表面保護(hù)。

        3 水利工程混凝土已有裂縫的修補(bǔ)措施

        水利工程混凝土裂縫修補(bǔ)既要恢復(fù)水工混凝土的防水性和耐久性,又要考慮結(jié)構(gòu)的安全性及美觀性。鑒于上述原則,當(dāng)前水工混凝土的修補(bǔ)方法主要有以下幾種[6-7]。

        3.1 表面修補(bǔ)法

        表面修補(bǔ)法是最常見(jiàn)的也是最簡(jiǎn)單的一種修補(bǔ)方法,主要是用于對(duì)結(jié)構(gòu)承載力沒(méi)有明顯影響的表面裂縫或深度裂縫的處理。該方法有兩種處理方式:①涂覆裂縫部分。就是在裂縫的表面涂上一層水泥漿或者環(huán)氧膠泥;②全部涂覆。即在整個(gè)混凝土表面涂刷油漆或者瀝青等防腐材料。同時(shí)為了防止混凝體在各種作用的影響下繼續(xù)開(kāi)裂,在實(shí)際施工中,通常會(huì)在裂縫表面粘貼玻璃絲布。

        3.2 灌漿充填法

        灌漿充填法主要適用于對(duì)整體結(jié)構(gòu)有一定影響或者有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)。該方法主要是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料注入混凝土裂縫中,包括壓力注入法和真空吸入法。對(duì)于細(xì)而深的裂縫,通常沿裂縫處鑿槽,然后在槽中加入水泥漿、環(huán)氧樹(shù)脂、聚合物水泥漿等膠結(jié)材料,以達(dá)到封閉裂縫的目的。當(dāng)需要修補(bǔ)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋已經(jīng)生銹時(shí),需要將混凝土鑿開(kāi)一定深度,直到能夠處理生銹的鋼筋部分為止,然后除銹,最后再往槽中充填膠結(jié)材料。

        3.3 結(jié)構(gòu)加固法

        當(dāng)混凝土裂縫影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能時(shí),就不能簡(jiǎn)單地修補(bǔ)裂縫,而應(yīng)考慮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。最近常用的碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)就是一種較好的方法,這種方法是利用高強(qiáng)高彈性模量的連續(xù)碳纖維用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬之后形成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合片材,然后將該片材用專(zhuān)用的環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼在混凝土表面裂縫處,固化后,該片材就和混凝土結(jié)構(gòu)成為一體,從而降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力,達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的效果。

        3.4 混凝土置換法

        當(dāng)混凝土裂縫過(guò)大,受到嚴(yán)重?fù)p壞時(shí),通??紤]采用混凝土置換法。該方法是將損壞的混凝土部分去掉,然后重新澆筑混凝土或者是其他膠結(jié)材料。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        水工建筑構(gòu)筑物中混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的安全和防滲起著重要的作用,因此,水工混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要,如何減少和控制水利工程中混凝土裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展,如何處理水利工程中已產(chǎn)生的混凝土裂縫,都是亟待解決的問(wèn)題,這些問(wèn)題的解決,對(duì)于提高水工混凝土質(zhì)量,進(jìn)而保證水工建筑物的安全具有重大的意義。

        [1]蘇成才.試論水利工程中鋼筋混凝土橋梁的裂縫控制[J].科技與生活,2011(13) :5 -7.

        [2]SL/T 191—96 1997 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [3]馬耀輝,李向東,熊復(fù)慧. 北部引嫩泄洪閘工程大體積混凝土溫度監(jiān)控[J]. 黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào),2012,3(02) :38 -41.

        [4]GB 50204—2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

        [5]丁琳,劉洪波,付偉慶,等. 不同摻量混凝土的早期強(qiáng)度試驗(yàn)研究及其強(qiáng)度預(yù)測(cè)[J]. 黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào),2011,2( 03) :138 -141.

        [6]楊亞挺.水利工程混凝土裂縫防治施工技術(shù)與應(yīng)用探析[J].城市建設(shè)理論研究,2012(14) :22 -23.

        [7]盛莉. 水利工程大體積混凝土裂縫的控制措施[J]. 吉林水利,2006(11) :49 -51.

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