水工建筑混凝土裂縫的成因及控制技術(shù)

薛 飛/中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司

水工建筑混凝土裂縫的成因及控制技術(shù)

薛 飛/中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司

水工建筑混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很復(fù)雜，而且往往是各種因素的綜合,混凝土裂縫一旦發(fā)生，就需要耗費(fèi)大量的精力進(jìn)行檢查和處理，因此要在施工過程中要加強(qiáng)控制,防止混凝土裂縫發(fā)生，保證水工建筑物的安全。本文分析了水工建筑混凝土裂縫的形成機(jī)理與原因，并提出了有效的控制技術(shù)。

水工建筑；混凝土裂縫；原材料

一、水工建筑混凝土裂縫的形成機(jī)理

（一）基礎(chǔ)約束

水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的大壩基礎(chǔ)大部分都是彈性模量較大的巖石，因此底板會(huì)受到較大的來(lái)自混凝土大壩基礎(chǔ)的外部約束。新澆的底板混凝土?xí)驗(yàn)樗嗟乃療岱磻?yīng)而導(dǎo)致溫度上升，使得混凝土結(jié)構(gòu)體積產(chǎn)生膨脹變形，由于受到基礎(chǔ)的約束從而產(chǎn)生壓應(yīng)力，由于早期的混凝土彈性模量較小，徐變度較大，混凝土還處于塑性階段，因此所產(chǎn)生的壓應(yīng)力很快就會(huì)被松弛掉。但是，當(dāng)水泥的水化熱反應(yīng)所起的作用減弱后，混凝土溫度降低，從而引起收縮，這時(shí)基礎(chǔ)對(duì)混凝土產(chǎn)生約束，使得其內(nèi)部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，底板的裂縫就會(huì)隨之產(chǎn)生。

（二）塑性收縮

通常情況下，混凝土在逐漸凝固的過程中，會(huì)散發(fā)出一定的熱量和水分蒸發(fā)，這也是導(dǎo)致混凝土體積迅速收縮的主要原因之一。其中最為明顯的就是大面積混凝土在收縮過程中，受到外界其他因素的干擾，形成一種自然的收縮應(yīng)力，而這種應(yīng)力一旦超出混凝土抗拉強(qiáng)度的極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

（三）溫度裂縫

當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土發(fā)生膨脹變形，混凝土構(gòu)件收到約束時(shí)，在混凝土的構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)由此產(chǎn)生的混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度的極限值時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。溫度的降低也會(huì)在混凝土表面引起拉應(yīng)力，產(chǎn)生收縮，當(dāng)收縮應(yīng)力超過混凝土的自身約束時(shí)，混凝土也將會(huì)產(chǎn)生很大的裂縫，此種裂縫一般在混凝土表面產(chǎn)生，裂縫深度較淺。

二、水工建筑混凝土裂縫的成因

（一）混凝土自身問題

從混凝土自身方面來(lái)看，主要有三個(gè)方面，一方面是由于混凝土原材料的質(zhì)量不合格，在配置混凝土的過程中，混凝土的原材料的質(zhì)量十分重要，不合格的混凝土原材料的使用就會(huì)導(dǎo)致混凝土施工之后出現(xiàn)裂縫。尤其是在混凝土的原材料當(dāng)中堿性離子的含量比較大的情況下，堿性離子與混凝土的內(nèi)部材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，致使混凝土酥松，產(chǎn)生裂縫。另一方面，是從混凝土原材料的配合比例方面來(lái)看，混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度過高、水灰配比不平衡、各種外添加劑的使用不當(dāng)?shù)龋紩?huì)影響混凝土的結(jié)構(gòu)，使得混凝土產(chǎn)生裂縫。還有就是從混凝土的特點(diǎn)出發(fā)，由于混凝土受到溫度的影響會(huì)產(chǎn)生收縮，因而混凝土的收縮是導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因之一。

（二）施工問題

在現(xiàn)場(chǎng)振搗混凝土?xí)r，振搗棒插入不當(dāng)或者振搗方法不當(dāng)，漏振、偏振以及頻率過快，都會(huì)造成混凝土密實(shí)性和均勻性差，而致使裂縫的產(chǎn)生。由于混凝土澆筑或振搗不良以及混凝土保護(hù)層較薄，使得有害物質(zhì)與鋼筋接觸，致使鋼筋產(chǎn)生銹蝕引起體積膨脹，使得混凝土產(chǎn)生裂縫。人為原因?qū)е禄炷廉a(chǎn)生裂縫,比如管理不嚴(yán)格，為了趕進(jìn)度，偷工減料，工人施工素質(zhì)差，施工工序不正確而引起的結(jié)構(gòu)裂縫。

（三）混凝土養(yǎng)護(hù)問題

從混凝土的養(yǎng)護(hù)方面來(lái)看，混凝土施工后期的養(yǎng)護(hù)是混凝土建設(shè)施工過程中的一項(xiàng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，科學(xué)的對(duì)混凝土進(jìn)行良好的養(yǎng)護(hù)，能夠有效降低混凝土產(chǎn)生裂縫的概率。而沒有及時(shí)的對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，就會(huì)增加混凝土裂縫產(chǎn)生的幾率。

三、水工建筑混凝土裂縫的控制技術(shù)

（一）原材料的控制

原材料的質(zhì)量及其波動(dòng)，對(duì)水工建筑混凝土質(zhì)量及施工工藝有很大影響。如水泥強(qiáng)度的波動(dòng)，將直接影響混凝土的強(qiáng)度；各級(jí)石子超遜徑顆粒含量的變化，導(dǎo)致混凝土級(jí)配的改變，并將影響新拌混凝土的和易性，骨料含水量的變化，對(duì)混凝土的水灰比影響極大。為了保證混凝土的質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中，一定要對(duì)混凝土的原材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，全部符合技術(shù)性能指標(biāo)方可應(yīng)用。骨料中含有害物質(zhì)，超過規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，則會(huì)妨礙水泥水化，降低混凝土的強(qiáng)度，削弱骨料與水泥石的粘結(jié)，能與水泥的水化產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生有害的膨脹的物質(zhì)。如果粘土、淤泥在砂中超過3％，碎石、卵石中超過2％，則這些極細(xì)粒材料在集料表面形成包裹層，妨礙集料與水泥石的粘結(jié)。它們或者以松散的顆粒出現(xiàn)，大大地增加了需水量。如使用有機(jī)雜質(zhì)的沼澤水，海水等拌制混凝土，則會(huì)在混凝土表面形成鹽霜。對(duì)混凝土集料來(lái)說，影響配合比組成變異而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度過大波動(dòng)的主要原因是含水率，含泥量的變化和石子含粉量的影響。在混凝土生產(chǎn)過程中，對(duì)原材料的質(zhì)量控制，除經(jīng)常性的檢測(cè)外，還要求質(zhì)量控制人員隨時(shí)掌握其含量的變化規(guī)律，并擬定相應(yīng)的對(duì)策措施。如砂石的含泥量超出標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，及時(shí)反饋給生產(chǎn)部門，及時(shí)篩選并采取能保證混凝土的其它有效措施。砂子含水率，通過干炒法，及時(shí)根據(jù)測(cè)定的含水率來(lái)調(diào)整混凝土配合比中的實(shí)際用水量和集料用量。對(duì)于相同標(biāo)號(hào)之間水泥活性的變異，是通過膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)的快速測(cè)定，根據(jù)水泥活性結(jié)果予以調(diào)整混凝土的配合比。水泥、砂、石子各性能指標(biāo)必需達(dá)到規(guī)范要求。

（二）施工溫度的控制

1.混凝土出機(jī)溫度的控制

重點(diǎn)控制石子溫度,氣溫高時(shí),在砂、石堆場(chǎng)搭遮陽(yáng)裝置,必要時(shí)向骨料噴水霧或使用前用冷水沖洗骨料,冬季,要求砂、石骨料中不得含有冰塊,夏季運(yùn)輸過程中要防曬。

2.混凝土澆筑溫度控制

混凝土從攪拌機(jī)出料后,經(jīng)攪拌車運(yùn)輸、卸料、泵送、澆筑、振搗、平倉(cāng)等工序后的澆筑溫度,過高會(huì)引起較大的干縮,給混凝土澆筑帶來(lái)不利。一般最高澆筑溫度控制在40℃以下為宜,這就要選擇合理的澆灌時(shí)間,完善澆筑工藝和加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作。

（三）改進(jìn)混凝土攪拌工藝

提高混凝土硬化后界面過渡層的結(jié)構(gòu)致密,加強(qiáng)粘結(jié)。傳統(tǒng)的攪拌工藝水分直接潤(rùn)濕石子表面,在混凝土成型和靜停過程中,形成石子表面的水膜層。在混凝土硬化后,由于水膜的存在而使界面過渡層疏松多孔,削弱了石子與硬化水泥漿之間的粘結(jié),形成混凝土中最薄弱的環(huán)節(jié)。攪拌新工藝是二次投料,使砂漿或凈漿裹實(shí),可以有效地防止水膜存在于石子與砂漿之間。

（四）二次振搗與二次壓光

對(duì)于澆筑后坍落度已經(jīng)消失開始初凝的混凝土進(jìn)行二次振搗,混凝土?xí)匦乱夯?能較好地消除粗骨料、鋼筋下面的水膜,消除沉縮收縮量。泵送混凝土特別需要二次振搗。二次壓光消除混凝土塑性收縮裂縫。此種裂縫是混凝土表面水分散失引起的,發(fā)生在混凝土初凝至終凝期間,消除此種裂縫應(yīng)使用機(jī)械抹光機(jī)進(jìn)行大面積、高強(qiáng)度的提漿抹光,然后使用機(jī)械收光機(jī)進(jìn)行大面積、高強(qiáng)度的收光,將極大地提高混凝土的平整度和表面強(qiáng)度,在混凝土終凝前再進(jìn)行二次人工抹壓收光。

（五）養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)的目的是使混凝土正常硬化,強(qiáng)度增長(zhǎng),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(duì)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(zhǎng)不同,常常是在強(qiáng)度增長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)最快的階段為準(zhǔn),即7～28d,時(shí)間增加幾天效果更好。

[1]謝安.水工建筑混凝土裂縫的成因與應(yīng)對(duì)措施分析[J].江西建材,2014年5期.

[2]邵亮.簡(jiǎn)析水工建筑混凝土裂縫的成因及加固措施[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013年8期.