淺談水利工程泵送混凝土裂縫的防治

杜代軍

(山東省聊城市水利工程總公司,山東聊城 252000)

1 概述

近年來,泵送混凝土在我市王鋪渡槽水利樞紐工程、四河頭倒虹吸工程等施工中均得到了廣泛應用,不但提高了工效,大大節(jié)約了施工成本,同時也解決了施工現(xiàn)場復雜,高空施工輸送混凝土難的問題。但是由于泵送混凝土固有的收縮特性,且屬于大流態(tài)性的混凝土,具有坍落度大,含砂率高,水泥用量較大等特點,使得泵送混凝土凝固過程中容易產生裂縫。裂縫的出現(xiàn),不僅會降低混凝土建筑物的抗?jié)B能力,影響其使用功能,而且能引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性。因此,認真研究泵送混凝土出現(xiàn)的裂縫,采取合理的方法對裂縫進行預防和處理,具有十分重要的意義。

2 常見裂縫類型及其防治

2.1 干縮裂縫

干縮裂縫的產生是由于內外水分蒸發(fā)程度不同而導致變形不同的結果?；炷连F(xiàn)澆完畢,若不及時采取恰當措施,極易失水過快產生干裂縫;混凝土養(yǎng)護結束后一段時間或混凝土澆筑完畢后的一周左右,也極易產生干縮裂縫。干縮裂縫多為表面性線狀或網狀細小裂縫,寬度在 0.05～0.2 mm?？諝庀鄬穸容^低時裂縫也易產生。因此,必須進行恰當?shù)酿B(yǎng)護,保證現(xiàn)澆混凝土有適宜的硬化條件。在混凝土澆筑完畢后,及時覆蓋塑料薄膜、濕草袋,對混凝土進行保濕養(yǎng)護,接縫處搭接嚴密。避免混凝土水分蒸發(fā),使混凝土表面濕潤。混凝土終凝后,繼續(xù)澆水養(yǎng)護 7天。需要時適當延長養(yǎng)護時間。

主要預防措施:

(1)采用收縮量較小的水泥,降低水泥用量。

(2)混凝土裂縫受水灰比的影響,水灰比越大,干縮越大。因此在混凝土配合比設計中應盡量控制好水灰比。同時摻加適量的減水劑。

(3)摻加泵送劑?；炷敛牧蠐饺氡盟蛣┛梢耘渲瞥霾浑x析、聚性好、和易性優(yōu)、可泵性好,具有一定含氣量和緩凝性,能有大坍落度的混凝土,且能起到減水劑的作用。

(4)為防止墻、柱、水工基礎等側模板過早拆卸,導致混凝土表面產生干縮裂縫,應在混凝土表面刷養(yǎng)護液,有條件的用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護。

(5)根據(jù)混凝土體積的大小,適當增設伸縮縫。

2.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結之前,表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮一般在干熱或大風天氣出現(xiàn),裂縫中間寬、兩端細、長短不一,互不連貫。較短的裂縫一般長10cm～40 cm,較長的裂縫一般長 1～3.5m,寬 1mm～5mm。其產生原因為:泵送混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度小,或者混凝土剛剛終凝而強度很小時,受高溫或較大風力的影響混凝土表面失水過快,造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時混凝土的強度又無法抵抗收縮,一次產生龜裂。影響泵送混凝土塑性收縮開裂的主要原因有水灰比、混凝土的凝結時間、環(huán)境溫度、風速等等。

主要預防措施:

(1)選用干縮值較小,早期強度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。

(2)嚴格控制水灰比,摻高效減水劑或泵送劑來增加混凝土的坍落度和和易性,減少水泥及水的用量。

(3)澆筑混凝土之前,將基層和模板均勻澆水濕透。

(4)覆蓋塑料布或者潮濕的草墊、麻片等,保持混凝土終凝前表面濕潤,或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護劑等進行養(yǎng)護。

2.3 水化熱引起的裂縫(溫度裂縫)

大體積混凝土在水利工程中比較常見,預防水化熱引起的裂縫尤為重要。大體積混凝土由于水化熱產生的升溫較高、降溫幅度大、速率快,使混凝土產生較大的溫度和收縮應力是導致混凝土產生裂縫的主要原因。因此,為防治水化熱引起的裂縫,施工前應計算升溫峰值、內外溫差及降溫速率,制定相應的技術措施,防止和控制溫度裂縫,確保工程質量。

主要預防措施:

(1)降低原材料進入攪拌機的溫度,如夏季在水箱內加冰塊,降低水溫;粗骨料遮陽防曬;散裝水泥提前儲備,避免新出廠水泥溫度過高。采取以上措施能最大限度地降低混凝土出機溫度。

(2)夏季泵送混凝土運輸車加保溫套或對罐體噴淋冷水降溫?；炷帘盟凸艿勒陉柗罆瘛：侠聿渴鹗┕?盡量避免在炎熱天氣澆筑大體積混凝土。如果根據(jù)工程總體安排,必須在炎熱天氣澆筑時,可通過調整工序,使混凝土澆筑時間,避開當天的高溫時段。

(3)降低混凝土水化熱。選擇中低熱品種水泥,優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥。結構工程中的大體積混凝土,大多采用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥,因其水泥熟料含量較少,且混合材料中的活性氧化硅、氧化鋁與氫氧化鈣、石膏的化合作用在常溫下進行比較緩慢,早期強度(3天和 7天)較低,但在硬化后期(28天后),由于經過化學反應生成的水泥凝膠不斷擴展,使水泥石(水泥漿凝結后變成的堅固石狀物質)強度不斷增長,最后甚至同標號的普通硅酸鹽水泥,故可充分利用其后期強度。

(4)摻入一定比例的粉煤灰、高效減水劑、緩凝劑。

2.4 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟,或回填土不實導致,或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致。特別是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產生不均勻沉降從而使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫,其走向與沉降量成正比關系。地基變形穩(wěn)定后,沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

主要預防措施:

(1)對松軟土、填土地基上部結構施工前應做好地基強度試驗,進行必要的夯實和加固,滿足工程設計需要。

(2)保證模板有足夠的強度,且支撐牢固,并使地基受力均勻。

(3)防止混凝土澆筑過程中地基被水浸泡。

(4)模板拆除的時間不能太早,注意拆模的先后次序。

2.5 化學反應引起的裂縫

堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應引起的裂縫。

泵送混凝土拌合后會產生一些堿性離子,這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環(huán)境中的水使體積增大,混凝土酥松、膨脹開裂。這種裂縫一般出現(xiàn)在混凝土結構使用期間,一旦出現(xiàn)很難補救,因此應在施工中采取有效措施進行預防。

主要預防措施:

(1)選用堿活性小的砂石骨料。

(2)選用低堿水泥和低堿或無堿的外加劑。

(3)選用摻和料抑制堿骨料反應。

由于混凝土澆筑、振搗不良或者鋼筋保護層較薄,有害物質進入混凝土使鋼筋銹蝕,銹蝕的鋼筋體積膨脹把混凝土脹裂,此種裂縫沿鋼筋的位置出現(xiàn)。

通常的預防措施:

(1)保證鋼筋保護層的厚度。

(2)泵送混凝土的級配要良好,澆筑要振搗密實。

(3)鋼筋表層涂刷防腐涂料。

3 混凝土裂縫的修補

混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法:表面修補法,灌漿、嵌縫封堵法,結構加固法,混凝土置換法,電化學防護法以及仿生自愈合法。

3.1 表面修補法

表面修補法是一種簡單、常見的修補方法,它主要適用于穩(wěn)定的和對結構承載力沒有影響的表面裂縫,通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥之后在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料,或在表面裂縫處涂刷 107膠或清水,然后均勻涂抹水泥。待水泥初凝固后用砂紙等物品把表面打磨平整。

3.2 灌漿、嵌縫封堵法

灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補,它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土裂縫中,膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體,從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法,它通常是沿裂縫鑿槽,在槽中嵌填塑性或剛性止水材料,以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等;常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

3.3 結構加固法

當裂縫影響到混凝土結構性能時,就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積,在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固。

3.4 混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法,此方法是現(xiàn)將損壞的混凝土剔除,然后再置換新的混凝土材料。常用的置換材料有:普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3.5 電化學防護法

電化學防護是利用施加電場介質中的電化學作用,改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環(huán)境狀態(tài),鈍化鋼筋,以達到防止銹蝕的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。適用鋼筋、混凝土的長期防腐,即可用于已裂結構,也可以用于新建結構。

3.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是新的裂縫處理方法,它模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質,而使創(chuàng)傷部位愈合,在混凝土的傳統(tǒng)組分中加入某些特殊組分(如含粘結劑的液芯纖維或膠囊),在混凝土內部形成智能型仿生自愈網絡系統(tǒng),當混凝土出現(xiàn)裂縫時分泌出部分液芯纖維使裂縫自動愈合,從而達到處理裂縫的目的。

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