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水工混凝土发生裂缝的现象较为普遍。轻微的裂缝对建筑物的危害不是很大,但裂缝严重时会降低其抗渗功能,导致承载力下降,如果不及时有效处理,有可能破坏建筑物的整体稳定性。因而,对水工混凝土建筑物出现的裂缝不可掉以轻心,一定要认真对待,及时发现并正确处理,避免发生不应有的损失。
1.产生裂缝的主要原因
1.1 构件超载产生的裂缝,例如,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。
1.2 水泥凝结或膨胀不正常,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。
1.3 化学反应也会引起混凝土开裂。例如,碱骨料反应将引起混凝土体积膨胀而产生裂缝;氯离子的浸蚀引起钢筋锈蚀,也会造成混凝土开裂。
1.4 水灰比、塌落度过大,或使用过量粉砂。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、外掺混合材料、外加剂溶液的计量偏差,将直接影响混凝土的强度。
1.5 混凝土施工过分振捣,模板、垫层过于干燥。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。
1.6 混凝土浇捣后,过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积碳水化收缩,导致混凝土板表面龟裂。
1.7 在施工过程中,由于施工工艺不当,致使支座处负筋下陷,保护层过大,固定支座变成塑性支座,使板上部沿梁支座处产生裂缝;施工中,在混凝土未达到规定强度,过早拆模,或者在混凝土未达到终凝时间就上荷载,造成混凝土楼板的弹性变形,致使混凝土早期强度低或无强度时,承受弯、压、拉应力,导致楼板产生内伤或断裂;大梁两侧的楼板不均匀沉降也会使支座产生负穹矩,造成横向裂缝。
1.8 由于温度变化,混凝土引起收缩。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。
2 防控裂缝的主要措施
2.1 设计单位应提出混凝土施工温度控制的具体要求和混凝土养护的基本要求,按《规范》要求设置必要的变形缝。
2.2 对大体积混凝土,尽可能在保证强度的前提下,减少水泥的用量,可以用优质粉煤灰、磨细矿渣、浮石粉等材料,取代一部分水泥。
2.3 严格控制混凝土的水灰比。 混凝土的水灰比越大,其体积收缩也涸就越大。最好在混凝土初凝前,用砂板再进行一次搓压,防止混凝土早期的收缩裂缝。
2.4 施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况,不能漏振、过振。
2.5 对大体积混凝土加强保温养护,是减少温度裂缝最有效的措施。通常选择草袋同塑料薄膜联合使用法,用草袋进行保温,用塑料薄膜保湿,确认内外温度差低于25cC时,方能拆除。
2.6 对重要的混凝土工程,应该控制水泥、外加剂及掺和料的含碱量,并对其骨料应进行碱活性测定从根本上避免碱骨料反应的发生。
2.7 在设计时要选用碱活性小的砂石骨料,同时注意选用低碱或无碱外加剂以及选用合适的掺和料抑制碱性骨料反应。
2.8 对泵送混凝土,则要在满足其可泵性、和易性的前提下,尽量减小出机时的坍落度、降低砂率、并严格控制骨料的含泥量。
3.常见裂缝的处理措施
3.1 表面处理法 包括表面涂抹和表面贴补法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝、深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补(土工膜或其它防水片)法适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏。
3.2 填充法 用修补材料直接填充裂缝。一般用来修补较宽的裂缝(>0.3 mm),作业简单,费用低。宽度小于0.3mm,深度较浅的裂缝,或是裂缝中有充填物用灌浆法很难达到效果的裂缝,以及小规模裂缝的简易处理,可采取开 V型槽,然后作填充处理。
3.3 灌浆法 此法应用范围广,从细微裂缝到大裂缝均可适用,处理效果好。
3.4 结构补强法
因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间未处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度的,可采取结构利强法。
除上述方法外,还有混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等修补方法,可根据不同情况具体选择。
1.产生裂缝的主要原因
1.1 构件超载产生的裂缝,例如,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。
1.2 水泥凝结或膨胀不正常,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。
1.3 化学反应也会引起混凝土开裂。例如,碱骨料反应将引起混凝土体积膨胀而产生裂缝;氯离子的浸蚀引起钢筋锈蚀,也会造成混凝土开裂。
1.4 水灰比、塌落度过大,或使用过量粉砂。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、外掺混合材料、外加剂溶液的计量偏差,将直接影响混凝土的强度。
1.5 混凝土施工过分振捣,模板、垫层过于干燥。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。
1.6 混凝土浇捣后,过分抹干压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积碳水化收缩,导致混凝土板表面龟裂。
1.7 在施工过程中,由于施工工艺不当,致使支座处负筋下陷,保护层过大,固定支座变成塑性支座,使板上部沿梁支座处产生裂缝;施工中,在混凝土未达到规定强度,过早拆模,或者在混凝土未达到终凝时间就上荷载,造成混凝土楼板的弹性变形,致使混凝土早期强度低或无强度时,承受弯、压、拉应力,导致楼板产生内伤或断裂;大梁两侧的楼板不均匀沉降也会使支座产生负穹矩,造成横向裂缝。
1.8 由于温度变化,混凝土引起收缩。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。
2 防控裂缝的主要措施
2.1 设计单位应提出混凝土施工温度控制的具体要求和混凝土养护的基本要求,按《规范》要求设置必要的变形缝。
2.2 对大体积混凝土,尽可能在保证强度的前提下,减少水泥的用量,可以用优质粉煤灰、磨细矿渣、浮石粉等材料,取代一部分水泥。
2.3 严格控制混凝土的水灰比。 混凝土的水灰比越大,其体积收缩也涸就越大。最好在混凝土初凝前,用砂板再进行一次搓压,防止混凝土早期的收缩裂缝。
2.4 施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况,不能漏振、过振。
2.5 对大体积混凝土加强保温养护,是减少温度裂缝最有效的措施。通常选择草袋同塑料薄膜联合使用法,用草袋进行保温,用塑料薄膜保湿,确认内外温度差低于25cC时,方能拆除。
2.6 对重要的混凝土工程,应该控制水泥、外加剂及掺和料的含碱量,并对其骨料应进行碱活性测定从根本上避免碱骨料反应的发生。
2.7 在设计时要选用碱活性小的砂石骨料,同时注意选用低碱或无碱外加剂以及选用合适的掺和料抑制碱性骨料反应。
2.8 对泵送混凝土,则要在满足其可泵性、和易性的前提下,尽量减小出机时的坍落度、降低砂率、并严格控制骨料的含泥量。
3.常见裂缝的处理措施
3.1 表面处理法 包括表面涂抹和表面贴补法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝、深度未达到钢筋表面的发丝裂缝、不漏水的缝、不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补(土工膜或其它防水片)法适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏。
3.2 填充法 用修补材料直接填充裂缝。一般用来修补较宽的裂缝(>0.3 mm),作业简单,费用低。宽度小于0.3mm,深度较浅的裂缝,或是裂缝中有充填物用灌浆法很难达到效果的裂缝,以及小规模裂缝的简易处理,可采取开 V型槽,然后作填充处理。
3.3 灌浆法 此法应用范围广,从细微裂缝到大裂缝均可适用,处理效果好。
3.4 结构补强法
因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间未处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度的,可采取结构利强法。
除上述方法外,还有混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等修补方法,可根据不同情况具体选择。