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水工混凝土裂縫成因與處理工學論文
摘要:混凝土是水利工程中使用最廣泛、用量最多的一種混合材料,是一種由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而形成的非均質的多項復合脆性材料。混凝土一旦形成裂縫將會加速混凝土碳化和鋼筋銹蝕,并產生惡性循環,嚴重破壞混凝土結構的安全性,所以裂縫控制更為重要。混凝土裂縫是長期困擾著我們工程人員的頭痛問題。
關鍵詞:混凝土;裂縫成因;控制處理
一、水工混凝土裂縫的分類
水工混凝土裂縫是水利工程一種常見現象,其原因復雜多變,從裂縫外觀可分成微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。
微觀裂縫是指肉眼看不到的、混凝土內部固有的一種裂縫,它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下,但是要比肉眼可見的宏觀裂縫多得多。這種水工混凝土本身固有的微觀裂縫,在荷載不超過規定的條件下,一般無害。
宏觀裂縫寬度在0.05mm以上,寬度小于0.2-0.3mm的裂縫是無害的,但必須是裂縫不再擴展,為最終寬度。
1、宏觀裂縫可分為以下幾種:
1.1收縮裂縫:在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起水工混凝土收縮而產生的裂縫。多為規則的條狀,很少交叉。常發生在變截面處,往往與受力鋼筋平行。水工混凝土收縮裂縫危害較大,尤其是暴露在大氣中的構筑物,影響更大。
1.2超載裂縫:當混凝土構件超荷載使用時,造成變形、失穩或因疲勞等原因產生的裂縫。另外,溫度應力影響也是原因之一。
1.3沉降裂縫:因地基差異沉降或構件接合不良、剪應力超過設計強度而產生的一種混凝土裂縫,多見于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎與墻體。這種裂縫一般與地面垂直,或成30°-40°角方向發展,寬度因荷載大小而異,與成降值成比例。沉降裂縫危害極大,難處理。因此必須在設計上采取有效措施,施工、使用中也要加強觀測、監視。
1.4龜裂裂縫:施工階段因配料、攪拌、澆筑、養護等各環節的操作不當均能產生,其中以養護環節為關鍵。裂縫成龜殼狀或散射狀,無規律。
1.5疏松裂縫:混凝土澆筑時因下料不均,致使材料離析,或因漏振、過振而產生的疏松狀態裂縫。如果它延續到混凝土表面,容易發現,如果只產生在混凝土內部,則不能直接表現出來。這種疏松帶長度不等,視下料或振搗情況而異。
二、裂縫的成因
混凝土裂縫成因很多,主要歸納為以下幾點:
1、地基不穩定引起的裂縫。地基的凍脹、沉陷等使水工混凝土產生裂縫。
2、構件超載產生的裂縫。構件在超出設計的均布荷載或集中荷載作用下產生內力彎矩,出現垂直于構件縱軸的裂縫,構件在較大剪力作用下產生斜裂縫,并向上、下延伸。大多產生于大梁、樓板等建筑物。
3、水泥凝結或膨脹不正常引起的裂縫。如水泥安定性不穩定,水泥中含有生石灰或氧化鎂,這些成分在和水化合后出現體積膨脹,產生裂縫。也就是人們常說的材料的伸縮裂縫。
4、水灰比、塌落度過大,或使用過量粉砂引起的裂縫。混凝土強度值對水灰比的變化十分敏感,基本上是水和水泥計量變動對強度影響的疊加。因此,水、水泥、外摻混和材料、外加劑溶液的計量偏差,將直接影響混凝土的強度。
5、化學反應引起混凝土開裂。例如,混凝土在施工過程中材料里有堿性物質引起混凝土體積膨脹而產生裂縫;氯離子的侵蝕引起鋼筋銹蝕,也會造成混凝土開裂。如高層建筑物的立柱、排架等。
6、混凝土施工過分振搗,模板、墊層過于干燥引起的裂縫。混凝土澆筑振搗后,粗骨料沉落,擠出水分、空氣,表面呈現泌水而形成豎向體積縮小沉落,造成表面砂漿層,它比下層混凝土有較大的干縮性能,待水分蒸發后,易形成凝縮裂縫。而模板、墊層在澆筑混凝土之時灑水不夠,過于干燥,則模板吸水量大,引起混凝土的塑性收縮,產生裂縫。
7、溫度變化引起的裂縫。混凝土引起收縮的原因很多,硬化初期主要是由于水泥的水化作用,形成一種新的水泥結晶體,這種結晶體化合物較原材料體積小,因而引起混凝土體積的收縮,即凝縮。后期主要是混凝土內自由水蒸發而引起的干縮。而且,如果混凝土處在一個溫差變化較大的環境下,將會使其收縮更為加劇。
8、養護條件引起的裂縫。養護是使混凝土正常硬化的重要環節。養護條件對裂縫的出現有著關鍵的影響。在標準養護條件下,混凝土硬化正常,不會開裂,但只適用于試塊或是工廠的預制件生產, 現場施工中不可能擁有這種條件。現場混凝土養護越接近標準條件,混凝土開裂可能性就越小。
三、混凝土裂縫控制措施
根據混凝土裂縫成因,采取適當的控制措施,采取以防為主的方法,歸納起來有以下幾點:
1、從設計方面控制裂縫。水工混凝土的強度等級宜在C20-C35范圍內選用。由于水工大體積混凝土設計強度過高,水泥用量過大,必然造成混凝土水化熱過高,混凝土內外溫差超過30℃,溫度應力容易超過混凝土的抗拉強度,產生開裂。因此,對大體積混凝土底板應在滿足設計強度要求下,采用C20-C35的混凝土,避免設計上“強度越強越好越安全”錯誤設計理念。同時設計時應避免在結構突變(或斷面突變)處應力集中現象,考慮在轉角和孔洞處增設構造鋼筋。
2、從材料方面控制裂縫。在材料方面控制混凝土裂縫主要措施是從混凝土減熱和散熱兩方面處理。一是采用減水劑等外加劑降低水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值,可以使混凝土澆筑后的內外溫差和降溫速度控制的難度降低,也可降低保溫養護的費用,這是水工大體積混凝土配合比選擇的特殊性。二是優先采用水化熱低的礦渣水泥等低熱水泥配制水工大體積混凝土,減少混凝土收縮引起的拉引力。三是改善骨料級配,采用中、粗砂和5-40mm顆粒級配的石子,并且控制其含泥量小于1.5%。四是采用冰水或地下水拌和混凝土,以降低混凝土溫度,防止裂縫產生。
3、從施工方面控制裂縫。混凝土澆筑時采用分層連續澆筑或推移式連續澆筑,施工時不得留施工縫,并應嚴格控制混凝土的攤鋪厚度,且澆筑間隔時間應盡量縮短,須在前層混凝土初凝之前,將其次層混凝土澆筑完畢。
合理安排施工工序。混凝土拌制時可對骨料采取預冷,同時滿足混凝土連續澆筑施工以及盡量降低混凝土出罐溫度,縮短混凝土運輸時間,并在澆筑前用水沖洗模板降溫。在混凝土澆筑過程中,應及時清除混凝土表面的泌水,否則,將會降低結構混凝土的質量。
4、養護方面。養護的目的是使水泥混凝土正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。技術關鍵是設法使水泥混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程中的溫差。以便減小溫度應力,阻止裂縫的產生。
常規養護方法是噴水,對一般水泥混凝土結構,減小表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積水泥混凝土由于塊體內外溫度不一致,強度增長不同,常常是在強度增長慢的表面開裂,其養護就不能只滿足于用常規方法。具體說,盡量晚拆模,拆模后要立即覆蓋或及時回填,避開外界氣候的影響,養護期應以水泥混凝土強度增長最快的階段為準,即7至28天,最好能長些。
四、混凝土裂縫常見的修補方法
1、壓力注漿法修補裂縫。(1)機械動力法:利用壓送設備將補縫漿液注入混凝土裂隙,達到閉塞的目的,該方法屬傳統方法,效果很好。(2)低壓注漿法:利用彈性補縫器將注縫膠注入裂縫,不用電力,十分方便效果也很理想。
2、開槽填補法修補裂縫。沿混凝土裂縫開鑿成槽,用聚合物水泥砂漿將其填補封閉的方法稱為開槽填補修補法。適用于結構允許開槽而寬度較大但數量不多的裂縫,如墩臺混凝土的裂縫。
3、涂膜封閉法修補裂縫。在混凝土表面涂刷防水涂膜以封閉微細裂縫的修補方法稱涂膜封閉法,適用于寬度小于0.2mm的微細裂縫的修補。
五、結語
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脆性材料。混凝土在現代工程建設中具有十分重要的地位。混凝土結構在施工和使用過程中出現不同程度、不同形式的裂縫,這是一個非常普遍的現在。所以,我們要根據混凝土不同的裂縫情況,進行有效的預防和處理措施。來延長其的使用壽命。
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