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水工混凝土裂縫成因以及處理
一、引言
在水利水電工程施工中,混凝土是工程中使用最普遍,用量廣泛的一種混合材料。雖然使用率高,但混凝土均勻性差,離散性大,特別容易產生裂縫的特性,是長期困擾著工程技術人員的難題。作者根據自己多年的施工經驗,總結了水工建筑物的混凝土裂縫主要有以下幾種:
1.收縮裂縫?；炷廖⒂^裂縫一般肉眼看不到,它是內部固有的一種裂縫,也是不連貫的。寬度在0.05mm以下這種混凝土本身固有的微觀裂縫,在荷載不超過設計規(guī)定的情況下視為無害。但宏觀裂縫則要認真分析判斷其形式。宏觀裂縫一般則認為是寬度大于0.05mm以上的裂縫。收縮裂縫:即在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產生的裂縫。收縮裂縫多為規(guī)則的條狀,很少交叉,常發(fā)生在結構的變截面處,往往與受力鋼筋平行。這種裂縫多發(fā)生在大體積的混凝土和梁、板、柱等塊體構件,危害較大,尤其是暴露在大氣中的構筑物影響更大。如不加以防止,很可能會造成嚴重后果。
2.超載裂縫。即混凝土構件超載使用時,造成變形、受力不均等原因產生的裂縫,一般均發(fā)生在構件受力彎矩最大的部位,成條狀,但分布不像收縮裂縫那樣均勻,擴展方向也相反,一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。產生超載裂縫的原因,往往是在施工中構件上受到了不適當的施工荷載或者上部建筑物過早施工。
3.沉降裂縫。即因地基差異沉降或構件結合不良、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(fā)展,寬度因荷載大小而異,與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大,并且很難處理。因此在設計上必須采取有效措施,在先期探測、施工和使用過程中斗要加強觀測和巡視。
4.溫度裂縫。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結構中。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律,大面積結構裂縫?？v橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現,中間較密。裂縫寬度大小不一,受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細,而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。
二、預防混凝土裂縫的方法
1.設計方面。在設計上要注意到那些容易開裂的部位,如深基與淺基、高低跨處等,應考慮到由于地基的差異沉降或結構原因而引起的薄弱環(huán)節(jié),在設計中加以解決。在構件截面允許、配筋率不變而且在澆筑方便的情況下,鋼筋直徑越細、間距越小則對預防開裂越有利。
2.施工方案與預防方面。采取良好的施工方案與預防措施,對控制混凝土裂縫著很大的關系。施工方案主要應確定一定的澆筑量,施工縫間距、位置及構造、澆筑時間、運輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割,最好是設置在變截面處或承受拉、剪、彎應力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外,分層位置即水平施工縫設留位置也應加以注意。一般來說,應盡量留在變截面處,或遠離受拉鋼筋部位而設在混凝土的受拉區(qū),確定澆筑時間的原則應盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。如果必須在夏季施工,則應采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。
3.施工質量方面。由于施工質量原因而產生的裂縫發(fā)生率在95%以上,如果在施工階段控制住了裂縫,則在使用階段開裂的可能性也就小了。因此,施工階段是裂縫預防的主要階段,在施工階段要注意以下幾個問題:混凝土要有合適的配合比,選擇合適的配合比,不僅要滿足強度要求、施工要求,還要考慮從防止產生裂縫的需要出發(fā)。適當的選擇好水灰比,在滿足強度的原則下,盡可能減少水泥用量。鋼筋的成型和模板安裝位置要準確、牢固,以免施工中發(fā)生變形。鋼筋上的污物和氧化層要清除,以免影響?zhàn)そY力。澆筑和振搗操作要合理,特別是振搗操作技術往往不被人們所重視。振搗不足就無法保證混凝土應有的密實度,過分的振搗則對水泥混凝土均勻有害,要恰到好處。
4.養(yǎng)護方面。養(yǎng)護的目的是使混凝土正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。關鍵是設法使混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程的溫差。以便減小溫度應力,盡量防止裂縫的產生。常規(guī)的養(yǎng)護方法是噴水,對一般混凝土結構,減少表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積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(yǎng)護就不能只滿足于常規(guī)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(yǎng)護期應以混凝土強度增長最快的階段為準,即7～28d,時間增加幾天效果更好。
三、混凝土裂縫的處理方法
經過調查分析,確認在裂縫不降低承載力的情況下,通常采取表面修補法、充填法、注入法等處理方法:
1.表面修補法。該法適用于縫較窄,用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所采用,常用的是沿混凝土裂縫表面鋪設薄膜材料,一般可用環(huán)氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布。
3.充填法。當裂縫較寬時,可沿裂縫砼表面鑿成V形或U形槽,使用樹脂砂漿材料進行填充,也可使用水泥砂漿或瀝青等材料。
3.注入法。當裂縫寬度較小且較深時,可采用將修補材料注入混凝土內部的修補方法,首先裂縫處設置注入用管,其他部位用表面處理法封住,使用低粘度環(huán)氧樹脂注入材料,用電動泵或手動泵注入修補。如果裂縫影響到結構安全,可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結構加固法。此方法屬結構加固,須經設計驗算同意后方可進行。
4.圍套加固法。在周圍尺寸允許的情況下,在結構外部一側或數側外包鋼筋砼圍套,以增加鋼筋和截面,提高其承載力;對構件裂縫嚴重,尚未破碎裂透或一側破裂的,將裂縫部位鋼筋保護層鑿去,外包鋼絲網一層;大型設備基礎一般采取增設鋼板箍帶,增加環(huán)向抗拉強度的方法處理。
5.鋼箍加固法。在結構裂縫部位四周加U型螺栓或型鋼套箍將構件箍緊,以防止裂縫擴大和提高結構的剛度及承載力。加固時,應使鋼套箍與混凝土表面緊密接觸,以保證共同工作。
6.粘貼加固法。將鋼板或型鋼用改性環(huán)氧樹脂和粘結劑,粘結到構件砼裂縫部位表面,使鋼板或型鋼與混凝土連成整體共同工作。粘結前,鋼材表面進行噴砂除銹,混凝土刷凈干燥,粘結層厚度可為1～4mm。
四、結束語
綜上所述,混凝土裂縫應根據成因具體問題具體分析,貫徹預防為主的原則,完善設計及加強施工等方面的管理,使結構盡量不出現裂縫或盡量減少裂縫數量和寬度,以確?；炷潦┕さ慕Y構安全性。
