水利工程中混凝土裂缝的防治
时间:2022-04-12 09:55:46 浏览次数:次
摘要:在许多水利工程建筑物中,混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难以解决的工程实际问题,对水利工程中常见的混凝土裂缝的成因进行了探讨分析,并有针对性地提出了一些防治措施。
关键词:水利工程建筑物;混凝土裂缝;防治措施
中图分类号:TV5文献标识码:A
1 引言
在许多的重力坝、水闸、渡槽、涵洞水利工程中,由于混凝土的施工和本身变形、约束等一系列因素,均产生大量的表面裂缝和贯穿性裂缝。因为裂缝的存在和发展,破坏了水工建筑物结构的整体性,影响了水工建筑物的结构受力状况与稳定,给水工建筑物结构的运行事带来不确定性,而且易导致水工建筑物内部与钢筋锈蚀,降低水工建筑物结构的耐久性,甚至会引起渗透变形,危及水工建筑物的结构的稳定性。由此可见,分析裂缝的成因,探讨防治措施,对水利工程建筑物的应用有着极其重要的意义。当然,引起水工建筑物混凝土结构产生裂缝的原因是多方面的。但是,归纳起来可分为荷载作用引起的裂缝和非荷载引起的裂缝两类。
2 荷载作用引起的裂缝
2.1 水工建筑物混凝土结构在使用荷载作用下,由于截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的,所以构件在使用时总是带缝工作的。这类裂缝总是与主拉应力方向大致垂直,且最先在荷载效应最大处产生。如果荷载效应相同,裂缝首先在混凝土抗拉能力最薄弱处产生。
2.2 预防荷载作用引起的裂缝的措施是合理的配筋。在施工过程中,选用混凝土粘结较好的变形钢筋,控制钢筋的应力不过高,钢筋的直径不过粗,并用钢筋不在混凝土中分布比较均匀。这样就能较好地控制正常使用条件下裂缝宽度,不致过宽。
3 非荷载引起的裂缝
3.1 温度变化引起的裂缝
3.1.1 水工建筑结构件随着温度的变化而产生变形,即通常所说的热胀冷缩。当变形受到约束时,便产生了裂缝,约束的程度越大,裂缝就越宽。
预防热胀冷缩的措施:一是撤去约束,允许自由的产生变形;二是设置伸缩缝。
3.1.2 水泥和水所引起化学反应引起裂缝。大体积混凝土开列的主要原因之一,是由于混凝土在硬化过程中,水泥和水起化学反应,产生大量的水化热引起混凝土的温度上升,如果热量不能很快散失,内部和外部温差过大,就将产生温度应力,使结构内部受压,外部受拉。混凝土在硬化初期,只有很低的抗拉强度,如果由内外温度差引起的拉应力超过混凝土早期抗拉强度时,混凝土就要产生裂缝。
防止这类裂缝产生的措施是:尽量选用低热或中热降低泥矿渣水泥、粉煤灰水泥;减少水泥用量,将水泥用量尽量控制在450kg/m2以下;降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.60以下;改善骨科级配,掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量,降低水化热;改善混凝土的搅拌工艺,采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度;在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌和物的流动性、保水性,降低水热化,推迟热峰出现的时间;合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束;在大体积混凝土内部设置冷却管道,通过冷水或冷气冷却,减小混凝土的内部温差;加强混凝土温度的监控,及时采取冷却保护措施;加强混凝土养护,混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表现缓慢冷却,在寒冷季节,混凝土两面必须采取保温措施,以防寒潮袭击。
3.1.3 构件硬化成型后,在使用中,如果温度较大,构件内部温度梯度就极大,也会引起构件开裂。
3.1.4 预防产生比类裂缝的措施是:采用隔热(或保温)措施,尽量减少构件内部温度梯度,在配筋时应考虑温度力的影响。
3.2 混凝土收缩引起的裂缝
3.2.1 混凝土在空气中结硬时,体积要缩小,产生收缩变形,当受到约束时,就可能导致裂缝的产生。
3.2.2 在配筋率较高的构件中,由于钢筋对周围混凝土的约束作用增强,混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力,引起构件局部裂缝。
3.2.3 新老混凝土界面容易产生收缩裂缝。
3.2.4 防止和减少收缩裂缝的措施:合理设置收缩缝;改善水泥土性能,降低水灰比,减少水泥用量;配筋率不宜过高,设置构造钢筋收缩裂缝健分布均匀,避免发生集中的大裂缝;加强混凝土的时期养护,并适应当延长混凝土保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。
3.3 混凝土塑性坍落引起的裂缝
3.3.1 混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头几个小时内,这时混凝土还处于塑性状态,如果混凝土出现泌水现象,在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向上浮动的倾向。这种移动当受到钢筋骨架或者模板约束时,在上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。
3.3.2 预防措施是:要仔细选择集料的配级,做好混凝土的配合比设计,特别是要控制水灰比,采用适量的减水剂;施工时混凝土既不能漏振也不能过振,避免混凝土泌水现象的发生,防止模板沉陷;如果发生这类裂缝,可在混凝土终凝以前重新抹面压光,使裂缝闭合。
3.4 基础不均匀沉降引起的裂缝
3.4.1 基础不均匀沉降,使超静结构受迫,从而导致裂缝。
3.4.2 防止基础不均匀引起裂缝的措施是:根据地基条件及上部结构形式,采用合理的构造措施及设置沉降缝。
3.5 冰冻引起的裂缝
3.5.1 水在结冰过程中,荷重要增加,因此,水在设灌浆或灌浆不饱满的预应力构件孔道中结冰,就可以产生沿着孔道方向的纵向裂缝。
3.5.2 预防冰冻裂缝的措施:在建筑物基础梁下填一定厚度的松散材料(炉渣)。
3.6 钢筋锈蚀引起的裂缝
3.6.1 原因:钢筋的生锈过程实际上是电化学反应过程,这种效应可在钢筋周围的混凝土中产生胀拉应力,如果混凝土的保护层比较薄,不是以抵抗这种拉应力时,就会沿着钢筋形成一条顺筋裂缝。顺筋裂缝一旦产生,又进一步促进钢筋锈蚀程度的增加,形成恶性循环,最后导致混凝土保护层剥落,甚至钢筋锈断。这种顺筋裂缝对结构的耐久性影响最大。
3.6.2 预防措施:防止顺筋裂缝的措施是提高混凝土的密实度和抗渗性,适当加大保护层的厚度。
3.7 碱——骨科化学反应引起的裂缝
3.7.1 原因和分析:碱——骨科反应是指混凝土孔隙中水泥的碱性溶液与活性骨科(含活性SiO2)化学反应,生成碱——硅酸凝胶,碱硅胶温水后可产生膨胀,使混凝土胀裂,开始时在混凝土表面形成不规则的细小裂缝,然后由表及里地发展,裂缝中充满了白色深沉。
3.7.2 预防措施:碱——骨科化学反应对结构件的耐久性影响极大,为了控制碱——骨科的化学反应速度应选择优质骨科和低含碱量水泥,并提高混凝土的密实度和采用较低的水灰比。
4 结语
裂缝是水利建筑物混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低水利建筑物的抗渗能力,影响水利建筑物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响水利建筑物的承载能力。所以,必须对混凝土裂缝进行深入细致的调查研究,区别对待,在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,以保证水利工程建筑物的构件的安全、稳定、经久、耐用。参考文献
[1]李常升.水利工程质量监控与通病防治全书[M].北京:中国环境科学出版社,1999.
[2]黄国兴,陈改新.水利工程混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社,1986.
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