浅析水工混凝土裂缝成因与防治措施

混凝土在水利工程建设中占有重要地位, 水工混凝土的裂缝较为普遍。裂缝的出现不仅降低材料的耐久性, 引起钢筋的锈蚀和混凝土的碳化, 而且降低工程建 (构) 筑物的抗渗能力, 影响建 (构) 筑物的使用功能。因此本文水工混凝土结构产生裂缝原因及防治措施进行探讨。

1 分析水工混凝土裂缝的成因

影响水工混凝土结构裂缝的因素众多, 甚至有些因素相互影响。裂缝的产生往往是以某种因素为主在多种不利因素综合作用下的结果。下面将某些主要原因进行探讨。

1.1 温度变化

1.1.1 外界气温湿度变化的影响

在施工期间, 水工混凝土结构裂缝的产生受到外界气温的变化的很大的影响。混凝土的浇筑温度与外界温度有着直接关系。一般说来, 外界气温愈高, 混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度过快下降, 温度应力会很大, 混凝土极其容易引发开裂。

1.1.2 水泥水化热的影响

水泥在凝结硬化过程中会释放出大量的热量, 混凝土导热性能较差, 而水工混凝土结构断面较厚, 混凝土结构内部产生的热量不易散失, 易产生混凝土结构内外温差, 从而产生温度应力。

1.2 干燥收缩

混凝土的干缩是由于混凝土中水分变化而引起的。混凝土在干燥过程中首先发生气孔水和。气孔水的蒸发并不引起混凝土的收缩。毛细水的蒸发, 使毛细孔中形成负压, 随着空气湿度的降低负压逐渐增大, 产生收缩力, 导致混凝土收缩。当毛细孔中的水蒸发完后, 如继续干燥, 则颗粒的吸附水也发生部分蒸发, 由于分子引力的作用, 粒子间距变小, 使胶凝体紧缩。这个过程是由外及里逐渐变化发展起来的, 因此干燥过程由外及里不均匀的, 收缩应力由外及里也是不同的。此时, 混凝龄期较短, 抗拉强度很低。当表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度时, 引起表面开裂。

1.3 钢筋锈蚀和碱骨料反应

钢筋的生锈过程为电化学反应过程, 其反应物是氢氧化铁。氢氧化铁的体积明显大于原钢筋的体积, 一般铁锈的体积会增大2~4倍。这样钢筋会对周围的混凝土产生胀拉应力, 当钢筋的保护层比较薄, 不足以抵抗这种拉应力时, 就会沿着钢筋形成一条裂缝, 即顺筋裂缝。顺筋裂缝的产生, 又进一步促使钢筋锈蚀加重, 形成恶性循环, 最后导致混凝土保护层剥落, 甚至钢筋断裂, 危害极大。碱骨料反应是指水泥中碱性氧化物水解后形成的氢氧化物和氢氧化钾与骨料中的活性氧化硅发生化学反应, 在骨料表面生成了复杂的碱—硅酸凝胶。这样就改变了骨料与水泥浆原来的界面, 生成的凝胶是无限膨胀性的, 由于凝胶被水泥石包围, 故当凝胶吸水不断肿胀时, 会把水泥石胀裂。

1.4 构件超载及基础不均匀沉降

构件在超出设计荷载作用下产生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。基础不均匀沉降使结构变形也会引起裂缝。

1.5 混凝土冻融破坏

在寒冷地区, 特别是在接触水又受冻的环境下的混凝土, 要求具有较高的抗冻性能。混凝土受冻融作用破坏的原因, 是由于混凝土内部空隙中的水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移所造成的渗透压力。当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度, 混凝土就会发生裂缝, 多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。

1.6 安定性裂缝

混凝土体积安定性是指水泥硬化过程中, 体积变化是否均匀的性能。

如果水泥在已经硬化后, 产生不均匀的体积变化, 即水泥体积安定性不良。水泥体积安定性不良将会引起安定性裂缝, 即龟裂。

2 水工混凝土裂缝的防治措施

针对上述水工混凝土裂缝形成的主要原因, 采取以下防治措施。

2.1 对温差裂缝的防治

引起的因素有水和水泥用量、水泥的品种、掺和料和外加剂选用、施工技术等。

2.1.1 降低浇筑速度

水工混凝土结构的浇筑方案, 可分为全面分层、分段分层和斜面分层3种。施工中应该尽量降低浇筑速度, 减小浇筑层厚度, 使水泥水化热尽最大可能地散发出去。斜面分层法要求混凝土浇筑强度小, 施工中可根据结构物的捣实方法和混凝土供应速度, 选择浇筑方案。

2.1.2 加强混凝土的浇灌振捣, 提高密实度

捣实混凝土的目的就是使入模的混凝土成型与密实。混凝土浇筑入模后应在初凝前进行充分的振捣, 保证新入模的混凝土充满模板的每一角落, 排出气体, 使混凝土拌和物获得最大的密实度。体积较大的混凝土最好采用多次技术, 采用先进的振捣方法, 提高混凝土强度, 增加抗裂性。

2.1.3 拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度

2.1.4 掺入合适的混合料, 加塑化剂或引气剂等措施以减少水泥用量, 减小收缩

2.1.5 高温浇筑混凝土时减少浇筑厚度, 利用宽阔的浇筑层面散热

2.1.6 在混凝土中埋设水管, 通入冷水

降温

2.1.7 设计合理的拆模时间

2.1.8 气温骤降时进行混凝土表面保温隔热, 以免混凝土结构内外产生明显的温度差

2.1.9 施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构, 在寒冷季节采取保温措施

2.2 影响混凝土干缩的主要因素是用水量, 因此施工中应确定合理的水灰比

2.3 采用较大粒径的骨料及较好的级配, 减少干缩裂缝的产生

2.4 使水泥充分水化, 加强改善养护

保证在凝结硬化过程中合适的湿度和温度, 可使晶体增多, 干缩减小。采用养护剂, 减少水分的蒸发, 保证混凝土的正常水化。在混凝土表面喷洒养护剂形成薄膜, 以防止水分蒸发。

2.5 钢筋的锈蚀是一个电化学过程

影响钢筋的锈蚀的因素有p H值、温度、cl浓度、混凝土的电阻抗、孔隙水饱和度和相对湿度、水胶比、养护龄期、保护层厚度、水泥品种与掺和料等。因此, 合理控制这些因素, 将会减轻锈蚀, 从而减轻裂缝产生。

2.6 控制施工程序、减轻结构自重、改善结构形式, 设置沉降缝等是解决基础不均匀沉降的有效方法

2.7 低温季节施工时, 表面要覆盖塑料薄膜与麻袋作为保温材料

2.8 对安定性裂缝的防治

体积安定性不良的原因, 一般是由于熟料中所含的游离氧化钙或游离氧化镁过多, 或者掺入的石膏过多。混凝土配料时要严格检查其成分, 以免水泥安定性不合格。

3 结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的“常见病”, 裂缝的存在不仅会影响建筑物的使用功能, 降低建筑物的抗渗能力, 而且会引起钢筋的锈蚀, 减少建筑物的使用寿命。只有采取合理的材料选择, 正常的设计正常的施工方法和正常的使用维护, 才能够防止和治理水工混凝土结构中的裂缝。

摘要：随着我国国民经济和社会的发展, 近年来, 我国的水利工程事业也得到了蓬勃迅猛的发展。本文主要分析了水工混凝土裂缝产生的原因, 并提出了一些防治措施。

关键词：水工混凝土,裂缝成因,防治措施

参考文献

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