引言
混凝土外觀質(zhì)量的好壞直接反映了其組成材料的品質(zhì)、施工工藝水平的高低、施工環(huán)境的影響、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想等。因此,水工混凝土單元質(zhì)量評(píng)定把混凝土外觀檢查內(nèi)容列入評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中,可見其重要性。裂縫是水工混凝土外觀質(zhì)量檢查與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容之一,分為表面裂縫、深層及貫穿裂縫兩個(gè)方面。本文探討了水工混凝土裂縫的成因及防治措施。
1 幾種常見裂縫的破壞特征
圖1幾種常見裂縫的破壞特征
(a)鋼筋腐蝕裂縫(b)塑性收縮裂縫(c)硫酸鹽腐蝕裂縫(d)堿骨料反應(yīng)裂縫
2 水工混凝土裂縫的成因分析
水工混凝土裂縫的成因非常復(fù)雜,影響因素眾多,從內(nèi)因上講,有原材料的質(zhì)量不合格、混凝土的配合比及其均勻性欠佳、水化熱溫升、自身體積變形及其熱學(xué)、力學(xué)性能達(dá)不到抗裂能力的要求;有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,造成過大的應(yīng)力集中;分縫分塊不恰當(dāng),難以承受外界條件和荷載的影響等。從外因上講,有溫、濕度等環(huán)境變化;有基礎(chǔ)、老混凝土的約束;有基礎(chǔ)不均勻沉陷和外荷超載等。當(dāng)然裂縫的產(chǎn)生往往是以某種因素為主、在多種不利因素綜合作用下的結(jié)果。下面將針對(duì)主要方面進(jìn)行分析。
2.1溫度變化
水工混凝土溫度裂縫的主要原因如下:
(1)水泥水化熱的影響。水泥在水化過程中產(chǎn)生大量熱量,這是水工混凝土內(nèi)部熱量的主要來源。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部截面和體積龐大,加上混凝土導(dǎo)熱性能差,水化產(chǎn)生的熱量聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā),使得內(nèi)部溫度很高,而混凝土表面熱量散失快,因而在混凝土內(nèi)部與外部形成一個(gè)溫度梯度。由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不一導(dǎo)致膨脹變形不一,在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力、結(jié)構(gòu)外部產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)內(nèi)外溫差過大,超過20~25℃時(shí),表層混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度。
(2)外界氣溫變化。當(dāng)晝夜溫差較大或者氣溫聚降時(shí)也可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外形成較大溫度梯度,導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。
(3)基礎(chǔ)約束。由于混凝土大壩基礎(chǔ)大多為彈性模量較大的堅(jiān)硬巖石,底板受到來自基礎(chǔ)較大的外部約束。新澆底板混凝土水化升溫產(chǎn)生體積膨脹變形,由于受到基礎(chǔ)的約束產(chǎn)生壓力,這時(shí)由于早期混凝土彈性模量小,徐變度大,還處于塑性階段,壓應(yīng)力很快被松馳掉?;炷了饔脺p弱后,溫度下降,由于基礎(chǔ)對(duì)混凝土降溫引起的收縮的約束,混凝土內(nèi)部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí),底板便會(huì)出現(xiàn)裂縫。
2.2干燥收縮
混凝土的干縮濕脹是由于混凝土中水分變化而引起的。當(dāng)混凝土長(zhǎng)期在水中硬化時(shí),會(huì)產(chǎn)生微小膨脹;當(dāng)混凝土在空氣中硬化時(shí),由于水分蒸發(fā),水泥石中的凝膠體逐漸收縮,從而使混凝土產(chǎn)生干縮。這個(gè)過程是由表及里逐步發(fā)展起來的,因而濕度變化是不均勻的,收縮應(yīng)力也是不同的,當(dāng)表面拉應(yīng)力超過一定值時(shí),引起表面開裂。
2.3鋼筋銹蝕和堿骨料反應(yīng)
鋼筋銹蝕和堿骨料反應(yīng)裂縫都是混凝土發(fā)生脹裂的結(jié)果,但使混凝土中產(chǎn)生脹拉應(yīng)力的原因不同。
鋼筋的生銹過程實(shí)際上是電化學(xué)反應(yīng)過程,其生成物氫氧化鐵的體積大于原鋼筋的體積,一般鐵銹的體積會(huì)增大2~4倍。這種效應(yīng)在鋼筋周圍的混凝土中產(chǎn)生脹拉應(yīng)力,如果混凝土的保護(hù)層比較薄,不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí),就會(huì)沿著鋼筋形成一條順筋裂縫。順筋裂縫的發(fā)生,又進(jìn)一步促進(jìn)鋼筋銹蝕加劇,形成惡性循環(huán),最后導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落,甚至鋼筋銹斷,危害極大。
堿骨料化學(xué)反應(yīng)是指混凝土空隙中的堿性溶液與活性骨料化學(xué)反應(yīng)生成堿——硅酸凝膠,該物質(zhì)溶水后產(chǎn)生膨脹,使混凝土脹裂。堿骨料反應(yīng)裂縫形貌及分布與鋼筋約束有關(guān),當(dāng)約束力很小時(shí),常出現(xiàn)地圖狀裂縫;當(dāng)約束力強(qiáng)時(shí),則出現(xiàn)順筋裂縫。
2.4 構(gòu)件超載及基礎(chǔ)不均勻沉降
構(gòu)件在超出設(shè)計(jì)的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩,出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫,構(gòu)件在較大剪力作用下,產(chǎn)生斜裂縫,并從下往上延伸。此外,基礎(chǔ)不均勻沉降使結(jié)構(gòu)變形也會(huì)引起裂縫。
2.5混凝土凍融破壞
在水飽和或潮濕狀態(tài)下,由于溫度正負(fù)變化,混凝土內(nèi)部孔隙水結(jié)凍膨脹,融解松弛,產(chǎn)生疲勞應(yīng)力,造成混凝土開裂,在反復(fù)凍融循環(huán)作用下,混凝土中的裂縫相互貫通,使混凝土產(chǎn)生由表及里逐漸剝蝕的破壞現(xiàn)象。
水工混凝土凍融破壞通常發(fā)生在水位變化區(qū)內(nèi),裂縫較長(zhǎng),起皮剝落,隨著凍融次數(shù)增加,剝落深度增加。通常破壞過程如下:起初,混凝土表面的水泥微晶體脫落,留下砂粒,呈麻面狀態(tài);繼之是砂粒脫落,露出粗骨料,混凝土表面呈蜂窩狀態(tài);第三步是粗骨料脫落,混凝土表面呈狗洞狀態(tài);第四步鋼筋銹蝕折斷于邊墻、頂板和底板漏水,隔墻穿透,直至建筑物崩塌破壞。
3 水工混凝土裂縫的防治措施
針對(duì)上述水工混凝土裂縫的主要原因分析,擬采取以下防治措施:
(1)為控制混凝土的溫度裂縫,施工中采取的溫控措施主要有:選用特種或低熱42.5普通硅酸鹽水泥;摻入粉煤灰、高效減水劑和緩凝劑,減少單位水泥用量以達(dá)到減少水化熱的目的;預(yù)冷骨料;采用低溫水拌和混凝土;高溫季節(jié)混凝土澆筑倉面搭設(shè)遮陽棚并進(jìn)行噴霧降溫,盡可能避免在中午高溫時(shí)段澆筑混凝土;對(duì)于大體積水工混凝土采用合理的分縫、分塊澆筑措施、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等。
(2)影響混凝土干縮率的主要因素是用水量,施工中應(yīng)盡量減少單位用水量,降低水灰比,采用較大粒徑的骨料及較好的級(jí)配,減少于縮裂縫的產(chǎn)生。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),使水泥充分水化,水泥石中晶體增多,膠體減少,可使干縮減小,且延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)期,使混凝土的強(qiáng)度增大。在防裂要求較高的工程中,可以采用養(yǎng)護(hù)劑,主要目的是減少水分的蒸發(fā),以保證混凝土的正常水化。它是在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑形成薄膜,以防止水分蒸發(fā),在混凝土表面失去水的光澤后立即噴涂。除此之外,合理地設(shè)置伸縮縫;改善水泥性能,水泥用量不宜過高;配筋率不宜過高,設(shè)置構(gòu)造鋼筋使收縮裂縫分布均勻,避免發(fā)生集中的大裂縫。
(3)由于鋼筋銹蝕是氧化反應(yīng),氧化是產(chǎn)生銹蝕的必要條件,因此采取提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性,適當(dāng)加大保護(hù)層的厚度,在混凝土表面噴涂或涂刷聚合水泥砂漿、瀝青、環(huán)氧樹脂等防腐層;采用耐腐蝕鋼筋,合理選用混凝土原材料,避免使用堿骨等措施,均能收到明顯效果。
堿骨料化學(xué)反應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響很大,為控制堿骨料的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)骨料和低含堿量的水泥以及中性拌和水,并應(yīng)提高混凝土的密實(shí)度和采用較低的水灰比。
(4)基礎(chǔ)不均勻沉降解決方法有減輕結(jié)構(gòu)自重、控制施工程序、改善結(jié)構(gòu)形式等。單純提高結(jié)構(gòu)剛度來抵抗不均勻沉降,其結(jié)果是結(jié)構(gòu)自重增大,柔韌性變小,適應(yīng)不均勻沉降能力隨之變?nèi)?。在工程?shí)踐中,對(duì)持不均勻沉降應(yīng)采取“抗”(以整體剛性抵抗變形)、“放”(分縫和增強(qiáng)柔韌性來適應(yīng)變形)兼施,以“抗”為主的方針。
(5)低溫季節(jié)施工,要注意抵御寒潮襲擊,表面覆蓋塑料薄膜與麻袋作為保溫材料,其中塑料薄膜除了保溫作用外,對(duì)混凝土還具有明顯的保濕效果,只要覆蓋時(shí)幅間搭接嚴(yán)密,薄膜與混凝土表面可以長(zhǎng)時(shí)間的保持濕潤(rùn)狀態(tài),這對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)極為有利。
參考文獻(xiàn):
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