水工混凝土裂缝成因与处理工学论文
摘要:混凝土是水利工程中使用最广泛、用量最多的一种混合材料,是一种由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而形成的非均质的多项复合脆性材料。混凝土一旦形成裂缝将会加速混凝土碳化和钢筋锈蚀,并产生恶性循环,严重破坏混凝土结构的安全性,所以裂缝控制更为重要。混凝土裂缝是长期困扰着我们工程人员的头痛问题。
关键词:混凝土;裂缝成因;控制处理
一、水工混凝土裂缝的分类
水工混凝土裂缝是水利工程一种常见现象,其原因复杂多变,从裂缝外观可分成微观裂缝和宏观裂缝两大类。
微观裂缝是指肉眼看不到的、混凝土内部固有的一种裂缝,它是不连贯的。宽度一般在0.05mm以下,但是要比肉眼可见的宏观裂缝多得多。这种水工混凝土本身固有的微观裂缝,在荷载不超过规定的条件下,一般无害。
宏观裂缝宽度在0.05mm以上,宽度小于0.2-0.3mm的裂缝是无害的,但必须是裂缝不再扩展,为最终宽度。
1、宏观裂缝可分为以下几种:
1.1收缩裂缝:在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起水工混凝土收缩而产生的裂缝。多为规则的条状,很少交叉。常发生在变截面处,往往与受力钢筋平行。水工混凝土收缩裂缝危害较大,尤其是暴露在大气中的构筑物,影响更大。
1.2超载裂缝:当混凝土构件超荷载使用时,造成变形、失稳或因疲劳等原因产生的裂缝。另外,温度应力影响也是原因之一。
1.3沉降裂缝:因地基差异沉降或构件接合不良、剪应力超过设计强度而产生的一种混凝土裂缝,多见于填土地基、桩基沉降不均匀的各种基础与墙体。这种裂缝一般与地面垂直,或成30°-40°角方向发展,宽度因荷载大小而异,与成降值成比例。沉降裂缝危害极大,难处理。因此必须在设计上采取有效措施,施工、使用中也要加强观测、监视。
1.4龟裂裂缝:施工阶段因配料、搅拌、浇筑、养护等各环节的操作不当均能产生,其中以养护环节为关键。裂缝成龟壳状或散射状,无规律。
1.5疏松裂缝:混凝土浇筑时因下料不均,致使材料离析,或因漏振、过振而产生的疏松状态裂缝。如果它延续到混凝土表面,容易发现,如果只产生在混凝土内部,则不能直接表现出来。这种疏松带长度不等,视下料或振捣情况而异。
二、裂缝的成因
混凝土裂缝成因很多,主要归纳为以下几点:
1、地基不稳定引起的裂缝。地基的冻胀、沉陷等使水工混凝土产生裂缝。
2、构件超载产生的裂缝。构件在超出设计的均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩,出现垂直于构件纵轴的裂缝,构件在较大剪力作用下产生斜裂缝,并向上、下延伸。大多产生于大梁、楼板等建筑物。
3、水泥凝结或膨胀不正常引起的裂缝。如水泥安定性不稳定,水泥中含有生石灰或氧化镁,这些成分在和水化合后出现体积膨胀,产生裂缝。也就是人们常说的材料的伸缩裂缝。
4、水灰比、塌落度过大,或使用过量粉砂引起的裂缝。混凝土强度值对水灰比的变化十分敏感,基本上是水和水泥计量变动对强度影响的叠加。因此,水、水泥、外掺混和材料、外加剂溶液的计量偏差,将直接影响混凝土的强度。
5、化学反应引起混凝土开裂。例如,混凝土在施工过程中材料里有碱性物质引起混凝土体积膨胀而产生裂缝;氯离子的侵蚀引起钢筋锈蚀,也会造成混凝土开裂。如高层建筑物的立柱、排架等。
6、混凝土施工过分振捣,模板、垫层过于干燥引起的裂缝。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,造成表面砂浆层,它比下层混凝土有较大的干缩性能,待水分蒸发后,易形成凝缩裂缝。而模板、垫层在浇筑混凝土之时洒水不够,过于干燥,则模板吸水量大,引起混凝土的塑性收缩,产生裂缝。
7、温度变化引起的裂缝。混凝土引起收缩的原因很多,硬化初期主要是由于水泥的水化作用,形成一种新的水泥结晶体,这种结晶体化合物较原材料体积小,因而引起混凝土体积的收缩,即凝缩。后期主要是混凝土内自由水蒸发而引起的干缩。而且,如果混凝土处在一个温差变化较大的环境下,将会使其收缩更为加剧。
8、养护条件引起的裂缝。养护是使混凝土正常硬化的重要环节。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下,混凝土硬化正常,不会开裂,但只适用于试块或是工厂的预制件生产, 现场施工中不可能拥有这种条件。现场混凝土养护越接近标准条件,混凝土开裂可能性就越小。
三、混凝土裂缝控制措施
根据混凝土裂缝成因,采取适当的`控制措施,采取以防为主的方法,归纳起来有以下几点:
1、从设计方面控制裂缝。水工混凝土的强度等级宜在C20-C35范围内选用。由于水工大体积混凝土设计强度过高,水泥用量过大,必然造成混凝土水化热过高,混凝土内外温差超过30℃,温度应力容易超过混凝土的抗拉强度,产生开裂。因此,对大体积混凝土底板应在满足设计强度要求下,采用C20-C35的混凝土,避免设计上“强度越强越好越安全”错误设计理念。同时设计时应避免在结构突变(或断面突变)处应力集中现象,考虑在转角和孔洞处增设构造钢筋。
2、从材料方面控制裂缝。在材料方面控制混凝土裂缝主要措施是从混凝土减热和散热两方面处理。一是采用减水剂等外加剂降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值,可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低,也可降低保温养护的费用,这是水工大体积混凝土配合比选择的特殊性。二是优先采用水化热低的矿渣水泥等低热水泥配制水工大体积混凝土,减少混凝土收缩引起的拉引力。三是改善骨料级配,采用中、粗砂和5-40mm颗粒级配的石子,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,以降低混凝土温度,防止裂缝产生。
3、从施工方面控制裂缝。混凝土浇筑时采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑,施工时不得留施工缝,并应严格控制混凝土的摊铺厚度,且浇筑间隔时间应尽量缩短,须在前层混凝土初凝之前,将其次层混凝土浇筑完毕。
合理安排施工工序。混凝土拌制时可对骨料采取预冷,同时满足混凝土连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度,缩短混凝土运输时间,并在浇筑前用水冲洗模板降温。在混凝土浇筑过程中,应及时清除混凝土表面的泌水,否则,将会降低结构混凝土的质量。
4、养护方面。养护的目的是使水泥混凝土正常硬化,强度增长,不受或少受外界影响。技术关键是设法使水泥混凝土温度慢慢下降到接近外界气温,缩小降温过程中的温差。以便减小温度应力,阻止裂缝的产生。
常规养护方法是喷水,对一般水泥混凝土结构,减小表面收缩,防止龟裂是可行的。大体积水泥混凝土由于块体内外温度不一致,强度增长不同,常常是在强度增长慢的表面开裂,其养护就不能只满足于用常规方法。具体说,尽量晚拆模,拆模后要立即覆盖或及时回填,避开外界气候的影响,养护期应以水泥混凝土强度增长最快的阶段为准,即7至28天,最好能长些。
四、混凝土裂缝常见的修补方法
1、压力注浆法修补裂缝。(1)机械动力法:利用压送设备将补缝浆液注入混凝土裂隙,达到闭塞的目的,该方法属传统方法,效果很好。(2)低压注浆法:利用弹性补缝器将注缝胶注入裂缝,不用电力,十分方便效果也很理想。
2、开槽填补法修补裂缝。沿混凝土裂缝开凿成槽,用聚合物水泥砂浆将其填补封闭的方法称为开槽填补修补法。适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝,如墩台混凝土的裂缝。
3、涂膜封闭法修补裂缝。在混凝土表面涂刷防水涂膜以封闭微细裂缝的修补方法称涂膜封闭法,适用于宽度小于0.2mm的微细裂缝的修补。
五、结语
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。混凝土在现代工程建设中具有十分重要的地位。混凝土结构在施工和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝,这是一个非常普遍的现在。所以,我们要根据混凝土不同的裂缝情况,进行有效的预防和处理措施。来延长其的使用寿命。
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