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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(chǎn)生裂縫的特性,是長期困擾著工程技術(shù)人員的難題。作者根據(jù)自己多年的施工經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了水工建筑物的混凝土裂縫主要有以下幾種:
1.收縮裂縫。混凝土微觀裂縫一般肉眼看不到,它是內(nèi)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(shè)計(jì)規(guī)定的情況下視為無害。但宏觀裂縫則要認(rèn)真分析判斷其形式。宏觀裂縫一般則認(rèn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(gòu)件,危害較大,尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物影響更大。如不加以防止,很可能會造成嚴(yán)重后果。
2.超載裂縫。即混凝土構(gòu)件超載使用時,造成變形、受力不均等原因產(chǎn)生的裂縫,一般均發(fā)生在構(gòu)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(kuò)展方向也相反,一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。產(chǎn)生超載裂縫的原因,往往是在施工中構(gòu)件上受到了不適當(dāng)?shù)氖┕ず奢d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(gòu)件結(jié)合不良、剪應(yīng)力超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度而產(chǎn)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(chǔ)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(shè)計(jì)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(qiáng)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(jié)構(gòu)中。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律,大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu),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(xiàn),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(xì),而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)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(yù)防混凝土裂縫的方法
1.設(shè)計(jì)方面。在設(shè)計(jì)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(yīng)考慮到由于地基的差異沉降或結(jié)構(gòu)原因而引起的薄弱環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)中加以解決。在構(gòu)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(xì)、間距越小則對預(yù)防開裂越有利。
2.施工方案與預(yù)防方面。采取良好的施工方案與預(yù)防措施,對控制混凝土裂縫著很大的關(guān)系。施工方案主要應(yīng)確定一定的澆筑量,施工縫間距、位置及構(gòu)造、澆筑時間、運(yùn)輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割,最好是設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)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(shè)留位置也應(yīng)加以注意。一般來說,應(yīng)盡量留在變截面處,或遠(yuǎn)離受拉鋼筋部位而設(shè)在混凝土的受拉區(qū),確定澆筑時間的原則應(yīng)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(yīng)采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。
3.施工質(zhì)量方面。由于施工質(zhì)量原因而產(chǎn)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(yù)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(qiáng)度要求、施工要求,還要考慮從防止產(chǎn)生裂縫的需要出發(fā)。適當(dāng)?shù)倪x擇好水灰比,在滿足強(qiáng)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(zhǔn)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(jié)力。澆筑和振搗操作要合理,特別是振搗操作技術(shù)往往不被人們所重視。振搗不足就無法保證混凝土應(yīng)有的密實(shí)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(hù)方面。養(yǎng)護(hù)的目的是使混凝土正常硬化,強(qiáng)度增長,不受或少受外界影響。關(guān)鍵是設(shè)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(yīng)力,盡量防止裂縫的產(chǎn)生。常規(guī)的養(yǎng)護(hù)方法是噴水,對一般混凝土結(jié)構(gòu),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(nèi)外溫度不一致,強(qiáng)度增長不同,常常是在強(qiáng)度增長慢的表面開裂,其養(yǎng)護(hù)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(hù)期應(yīng)以混凝土強(qiáng)度增長最快的階段為準(zhǔn),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(jīng)過調(diào)查分析,確認(rèn)在裂縫不降低承載力的情況下,通常采取表面修補(bǔ)法、充填法、注入法等處理方法:
1.表面修補(bǔ)法。該法適用于縫較窄,用以恢復(fù)構(gòu)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(shè)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(dāng)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(jìn)行填充,也可使用水泥砂漿或?yàn)r青等材料。
3.注入法。當(dāng)裂縫寬度較小且較深時,可采用將修補(bǔ)材料注入混凝土內(nèi)部的修補(bǔ)方法,首先裂縫處設(shè)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(bǔ)。如果裂縫影響到結(jié)構(gòu)安全,可采取圍套加固法、鋼箍加固法、粘貼加固法等結(jié)構(gòu)加固法。此方法屬結(jié)構(gòu)加固,須經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算同意后方可進(jìn)行。
4.圍套加固法。在周圍尺寸允許的情況下,在結(jié)構(gòu)外部一側(cè)或數(shù)側(cè)外包鋼筋砼圍套,以增加鋼筋和截面,提高其承載力;對構(gòu)件裂縫嚴(yán)重,尚未破碎裂透或一側(cè)破裂的,將裂縫部位鋼筋保護(hù)層鑿去,外包鋼絲網(wǎng)一層;大型設(shè)備基礎(chǔ)一般采取增設(shè)鋼板箍帶,增加環(huán)向抗拉強(qiáng)度的方法處理。
5.鋼箍加固法。在結(jié)構(gòu)裂縫部位四周加U型螺栓或型鋼套箍將構(gòu)件箍緊,以防止裂縫擴(kuò)大和提高結(jié)構(gòu)的剛度及承載力。加固時,應(yīng)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(jié)劑,粘結(jié)到構(gòu)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(jié)前,鋼材表面進(jìn)行噴砂除銹,混凝土刷凈干燥,粘結(jié)層厚度可為1～4mm。
四、結(jié)束語
綜上所述,混凝土裂縫應(yīng)根據(jù)成因具體問題具體分析,貫徹預(yù)防為主的原則,完善設(shè)計(jì)及加強(qiáng)施工等方面的管理,使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫數(shù)量和寬度,以確保混凝土施工的結(jié)構(gòu)安全性。
