水工混凝土裂缝预防分析

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摘要:本文在阐述水工混凝土结构的特点及类型的基础上,分析了水工建筑物混凝土的常见裂缝产生的原因,并给出了具体的预防措施。

关键词:水工混凝土;裂缝;预防

水利工程是我国的基础产业工程,目前我国正在大规模、高速度地进行水利工程基础设施建设,但是水工混凝土却经常受到各种裂缝的威胁,增加了建筑物使用过程中的修理与加固费用,影响或限制了结构的正常使用功能,并缩短结构的使用年限,影响效益和安全,造成经济损失,严重浪费资源,甚至引发社会问题。因此有必要对水工混凝土的常见裂缝进行分析和研究。

一、水工混凝土结构的特点及类型

水工混凝土一般为防水混凝土,它是因本身的密实性而具有一定防水抗渗能力的整体式混凝土或钢筋混凝土结构。它兼有承重、围护和抗渗的功能,还可满足一定的耐冻融及耐侵蚀要求。防水混凝土结构具有材料来源广泛、工艺操作简单、工程成本低廉、结构整体性强、防水抗渗耐久等特点。防水混凝土结构以其独特的优越性成为水工工程建筑的首选。

水工防水混凝土按类型,可分为普通防水混凝土和外加剂防水混凝土。

1、普通防水混凝土

普通防水混凝土是在普通混凝土骨料级配的基础上,以调整和控制配合比的方法,提高自身密实度和抗渗性的一种混凝土。混凝土硬化后,粗骨料彼此之间被具有一定密实度的水泥砂浆所填充,并切断混凝土内部沿石子表面形成的连通的毛细渗水通道,使混凝土具有较好的抗渗性。

2、外加剂防水混凝土

外加剂防水混凝土是指用掺入适量外加剂的方法,改善混凝土内部组织结构,以增加密实性,提高抗渗性的混凝土。外加剂主要是以吸附、分散、引气、催化,或与水泥的某种成分发生反应如物理、化学作用,使混凝土得到改性。外加剂防水混凝土的类型有减水剂防水混凝土,加气剂防水混凝土、聚合物水泥混凝土等。

二、常见裂缝及原因分析

裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一。混凝土中产生裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,以及结构不合理,原材料不合格(如碱骨料反应),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降底也会在混凝土表面引起很大的拉应力,当这些拉应力超出混凝土的抗裂缝能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周,时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。

根据水工混凝土建筑物的结构性特点和所处工作环境的不同,常见裂缝主要有塑性收缩裂缝、沉降收缩裂缝、凝缩裂缝、冻胀裂缝等类型。

1、塑性收缩裂缝

裂缝多在新浇筑并暴露于空气中的结构表面出现,形状很规则,且长短不一,互不连贯,裂缝较浅,类似于干燥的泥浆面。大多在混凝土初凝后,一般在浇筑后4小时左右,当外界气温高,风速大,气候很干燥的的情况下出现。

原因分析

(1)混凝土浇筑后,表面没有及时覆盖,受风吹日晒,表面游离水分蒸发太快,产生急剧收缩,而此时混凝土早期强度低,不能抵抗这种变形应力而导致开裂。

(2)使用收缩率较大的水泥,水泥用量过多,或使用过量的粉砂,或混凝土水灰比过大。

(3)混凝土水灰比过大,模板、垫层过于干燥,吸水大。

(4)浇筑在斜坡上的混凝土,由于重力作用有向下流动的倾向,导致裂缝出现。2、沉降收缩裂缝

裂缝多沿结构上表面钢筋通长方向或箍筋上断续出现,或在埋设件的附近出现。裂缝呈梭形,宽度1-4mm,深度不大,一般到钢筋上表面为止。多在混凝土浇筑后发生,混凝土硬化后停止。

原因分析

混凝土浇筑振捣后,粗骨料沉落,挤出水分、空气,表面呈现泌水,而形成竖向体积缩小沉落,这种沉落受到钢筋、预埋件、模板、大的粗骨料以及先期凝固混凝土的局部阻碍或约束,或混凝土本身各部相互沉降量相差过大而造成裂缝。

3、凝缩裂缝

混凝土表面呈现碎小的六角形花纹状裂缝,裂缝很浅,常在初凝期间出现。

原因分析

混凝土表面过度的抹平压光,使水泥和细骨料过多的浮到表面,形成含水量很大的砂浆层,它比下层混凝土有较大的干缩性能,水分蒸发后,产生凝缩而出现裂缝。有时在混凝土表面撒干水泥压光,也会产生这种裂缝。

4、冻胀裂缝

结构、构件表面沿主筋、箍筋方向出现宽窄不一的裂缝,深度一般到主筋。

原因分析

冬期施工混凝土结构、构件未保温,混凝土早期遭受冻结,将表层混凝土冻涨,解冻后,钢筋部位变形仍不能恢复,而出现裂缝、剥落。

三、裂缝预防措施

1、塑性收缩裂缝预防措施

(1)配制混凝土时,严格控制水灰比和水泥用量,选择级配良好的石子,减小孔隙率和砂率;同时,要振捣密实,以减少收缩量,提高混凝土抗裂强度。

(2)浇筑混凝土前,将基层和模板浇水湿透,避免吸收混凝土中的水分。

(3)混凝土浇筑后,对裸露表面应及时用潮湿材料覆盖,认真养护,防止强风吹袭和烈日曝晒。

(4)在气温高、湿度低或风速大的天气施工,混凝土浇筑后,应及早进行喷水养护,使其保持湿润;大面积混凝土宜浇完一段,养护一段。在炎热季节,要加强表面的抹压和养护工作。

(5)在混凝土表面喷一度氯偏乳液养护剂,或覆盖塑料薄膜或湿草袋,使水分不易蒸发。

2、沉降收缩裂缝预防措施

(1)加强混凝土配制和施工操作控制,不使水灰比、砂率过大;振捣要充实,但不过振。

(2)对于截面相差过大的混凝土构筑物,可先浇筑较深部位,静停1-2小时,待沉降稳定后,再与上部截面混凝土同时浇筑,避免沉降过大导致裂缝。

(3)适当增加混凝土的保护层厚度。

3、凝缩裂缝预防措施

(1)混凝土表面刮抹应限制到最少程度。

(2)防止在混凝土表面撒干水泥刮抹,如表面粗糙,可撒稠水泥浆再压光。

4、冻胀裂缝预防措施

结构、构件在冬期施工,配制混凝土应采用普通水泥,低水灰比,并掺加适量早强抗冻剂,以提高早期强度。对混凝土进行蓄热保温或加热养护,直至达到40%设计强度。

四、裂缝治理

1、表面修补法

表面修补法主要包括表面涂抹砂浆法、表面涂抹环氧胶泥法、表面凿槽欠补法、表面贴条法等;

2、内部修补法

内部修补法主要包括水泥灌浆法、化学灌浆法等。

五、结语

由于裂缝的影响,很多水工混凝土建筑物受到威胁和挑战,分析裂缝出现的原因,预防是关键,这需要在设计、施工,特别是施工中加强控制,确保混凝土质量,减少裂缝隐患及威胁。