當(dāng)前位置

水利工程中混凝土裂縫滲透成因及其預(yù)防措施

0127水利工程2021-07-15 10:57:28

水利工程中混凝土裂縫滲透成因及其預(yù)防措施

　1 前言

　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，水利水電工程建設(shè)在規(guī)模上、數(shù)量上都達(dá)到了建國(guó)以來(lái)的最高水平；由于混凝土本身為透水介質(zhì)，因而在水利工程中發(fā)生滲漏的情況是不可避免的。由于滲漏的作用，使得有壓水滲入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，這種現(xiàn)象不僅會(huì)降低水工建筑物的抗?jié)B能力，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，影響水工建筑物的承載能力，危及水工建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以分析裂縫的成因，探討防治措施，對(duì)水利工程建筑物的應(yīng)用有著極其重要的意義。本文詳細(xì)進(jìn)行了裂縫滲透產(chǎn)生的原因，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出在施工中的預(yù)防措施及新工藝新技術(shù)。

　　2 混凝土滲透裂縫類(lèi)型

　　混凝土是多相復(fù)合脆性材料，當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度，或拉伸變形大于其極限變形時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

　　按位置不同，裂縫可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。

　　按其開(kāi)度變化可分為死縫、活縫、增長(zhǎng)縫。

　　按其產(chǎn)生原因可分為沉陷縫、干縮縫、溫度縫、應(yīng)力縫和施工縫。

　　3 裂縫成縫原因及預(yù)防措施

　　3.1 溫度變化引起的裂縫

　　裂縫的成因：由于混凝土在硬化過(guò)程中，水泥和水起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的水化熱引起混凝土的溫度上升，如果熱量不能很快散失，內(nèi)部和外部溫差過(guò)大，就將產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部受壓，外部受拉?；炷猎谟不跗?，只有很低的抗拉強(qiáng)度，如果由內(nèi)外溫度差引起的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。

　　防止這類(lèi)裂縫產(chǎn)生的措施：盡量選用低熱或中熱降低泥礦渣水泥、粉煤灰水泥；減少水泥用量，將水泥用量2盡量控制在450kg/m以下；降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下；改善骨科級(jí)配，摻加粉煤灰或高效減少水劑等來(lái)減少水泥用量，降低水化熱；改善混凝土的攪拌工藝，采用“二次風(fēng)冷”新工藝降低混凝土的澆筑溫度；在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌和物的流動(dòng)性、保水性，降低水熱化，推遲熱峰出現(xiàn)的時(shí)間；合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束；在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通過(guò)冷水或冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)部溫差；加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控，及時(shí)采取冷卻保護(hù)措施；加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋，并灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土表現(xiàn)緩慢冷卻，在寒冷季節(jié)，混凝土兩面必須采取保溫措施，以防寒潮襲擊。

　　3.2 混凝土收縮引起的裂縫

　　裂縫的成因：混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積要縮小，產(chǎn)生收變形，當(dāng)受到約束時(shí)，就可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生；在筋率較高的構(gòu)件中，由于鋼筋對(duì)周?chē)炷恋募s束作用強(qiáng)，混凝土的收縮也會(huì)受到鋼筋的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，引構(gòu)件局部裂縫；新老混凝土界面容易產(chǎn)生收縮裂縫。

　　防止這類(lèi)裂縫產(chǎn)生的措施：在裂縫產(chǎn)生的部位，用水泥砂漿，環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)裂縫部位表面進(jìn)行粘補(bǔ)、涂抹和嵌補(bǔ)等。這種方法一般適用于表面裂縫，合理設(shè)置收縮縫；改善水泥土性能，降低水灰比，減少水泥用量；配筋率宜過(guò)高，設(shè)置構(gòu)造鋼筋收縮裂縫健分布均勻，避免發(fā)生集的大裂縫；加強(qiáng)混凝土的時(shí)期養(yǎng)護(hù)，并適應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)混凝保溫覆蓋時(shí)間，并涂刷養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。

　　3.3 混凝土塑性坍落引起的裂縫

　　裂縫的成因：混凝土塑性坍落發(fā)生在混凝土澆筑后的頭幾個(gè)時(shí)內(nèi)，這時(shí)混凝土還處于塑性狀態(tài)，如果混凝土出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，在重力作用下混合料中的固體顆粒有向下沉移而水向浮動(dòng)的傾向。這種移動(dòng)當(dāng)受到鋼筋骨架或者模板約束時(shí)，上部就容易形成沿鋼筋長(zhǎng)度方向的裂縫。

　　防止這類(lèi)裂縫產(chǎn)生的措施：要仔細(xì)選擇集料的配級(jí)，做好混凝土的配合比設(shè)計(jì)特別是要控制水灰比，采用適量的減水劑；施工時(shí)混凝既不能漏振也不能過(guò)振，避免混凝土泌水現(xiàn)象的發(fā)生，防模板沉陷；如果發(fā)生這類(lèi)裂縫，可在混凝土終凝以前重抹面壓光，使裂縫閉合。

　　3.4 堿-骨科化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫

　　裂縫的成因：堿-骨科反應(yīng)是指混凝土孔隙中水的堿性溶液與活性骨科化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸凝膠，堿硅膠溫水后可產(chǎn)生膨脹，使混凝土脹裂，開(kāi)時(shí)在混凝土表面形成不規(guī)則的細(xì)小裂縫，然后由表及里地展，裂縫中充滿了白色深沉。

　　防止這類(lèi)裂縫產(chǎn)生的措施：堿-骨科化反應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)件的耐久性影響極大，為了控制堿-骨科的化反應(yīng)速度應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)骨科和低含堿量水泥，并提高混凝土密實(shí)度和采用較低的水灰比。

　　4 混凝土裂縫的處理材料和技術(shù)

　　4.1 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料

　　水泥基滲透結(jié)晶防水材料是水泥、硅砂和多種特殊的活性化學(xué)物質(zhì)組成的灰色粉末狀無(wú)機(jī)材料。這種材料的作用機(jī)理是特有的活性化學(xué)物質(zhì)利用水泥混凝上本身固有的化學(xué)特性和多孔性，以水為載體，借助于滲透作用，在混凝上微孔及毛細(xì)管中傳輸，再次發(fā)生水化作用，形成不溶性的結(jié)晶并與混凝上結(jié)合成為整體。由于結(jié)晶體填塞廠微扎及毛細(xì)管道，從而使混凝土致密，達(dá)到永久性防水，防潮和保護(hù)鋼筋、增強(qiáng)混凝上結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的效果。這一材料已在水工混凝土建筑物防滲修補(bǔ)中逐漸得到應(yīng)用，均取得良好效果。

　　4.2 新型灌漿材料

　　利用環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯在一定條件下制備出可以形成同步互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型化學(xué)灌漿材料。該材料綜合廠環(huán)氧樹(shù)脂漿材和聚氨酯漿材的性能優(yōu)點(diǎn)，漿材黏度低，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度高。水下混凝土灌漿試塊的黏接抗拉強(qiáng)度可達(dá)1.05NPa，是一種性能優(yōu)良，適用性強(qiáng)、適合水下灌漿的多功能新型灌漿材料。

　　4.3 混凝土裂縫注漿技術(shù)

　　自從壞氧樹(shù)脂類(lèi)高分子材料被用于混凝上建筑物裂縫修補(bǔ)工程后，至今它已經(jīng)成為僅次于鋼材和水泥的第三種材料被廣泛應(yīng)用。以往傳統(tǒng)方法是靠人工控制將樹(shù)脂漿液注入裂縫內(nèi)。當(dāng)環(huán)氧漿液黏度大，裂縫寬度較小時(shí)，這種修補(bǔ)方法并不一定十分成功。由日本引入一種“壁可”注漿技術(shù)，則是通過(guò)橡膠管的彈性收縮壓力自動(dòng)完成注漿，緩慢均勻地灌漿壓力可將縫隙中的空氣壓人混凝土毛細(xì)管中，并通過(guò)混凝上的自然呼吸作用排出，有效地避免了氣阻現(xiàn)象，從而保證了灌漿質(zhì)量。在無(wú)人看管的情況下，注漿管靠?jī)?nèi)部壓力可以持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)注漿，需要人工操作的只是用泵將漿液壓入到注射管內(nèi)。

　　4.4 鋼板及碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固新技術(shù)

　　碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)是利用高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用壞氧樹(shù)脂浸漬形成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材，將片材用專(zhuān)用環(huán)氧樹(shù)脂膠黏貼在結(jié)構(gòu)外表面受拉或有裂縫部位，固化后與原結(jié)構(gòu)形成一整體，碳纖維即可與原結(jié)構(gòu)共同受力。由于碳纖維分擔(dān)了部分荷載，就降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)得到補(bǔ)強(qiáng)加固。

　　裂縫是水利建筑物混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象；它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低水利建筑物的抗?jié)B能力，影響水利建物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，低材料的耐久性，影響水利建筑物的承載能力。所以，必對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行調(diào)查研究，在工程中采取有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防，以證水利工程建筑物的構(gòu)件的安全、穩(wěn)定。