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水利工程中混凝土裂縫滲透成因及其預防措施

0127水利工程2021-07-15 10:57:28

水利工程中混凝土裂縫滲透成因及其預防措施

　1 前言

　　隨著我國社會經(jīng)濟水平的不斷提高，水利水電工程建設在規(guī)模上、數(shù)量上都達到了建國以來的最高水平；由于混凝土本身為透水介質(zhì)，因而在水利工程中發(fā)生滲漏的情況是不可避免的。由于滲漏的作用，使得有壓水滲入混凝土結構內(nèi)部，這種現(xiàn)象不僅會降低水工建筑物的抗?jié)B能力，而且會引起鋼筋的銹蝕，影響水工建筑物的承載能力，危及水工建筑物的結構的穩(wěn)定性。所以分析裂縫的成因，探討防治措施，對水利工程建筑物的應用有著極其重要的意義。本文詳細進行了裂縫滲透產(chǎn)生的原因，并根據(jù)實踐經(jīng)驗提出在施工中的預防措施及新工藝新技術。

　　2 混凝土滲透裂縫類型

　　混凝土是多相復合脆性材料，當混凝土的拉應力大于其抗拉強度，或拉伸變形大于其極限變形時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。

　　按位置不同，裂縫可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。

　　按其開度變化可分為死縫、活縫、增長縫。

　　按其產(chǎn)生原因可分為沉陷縫、干縮縫、溫度縫、應力縫和施工縫。

　　3 裂縫成縫原因及預防措施

　　3.1 溫度變化引起的裂縫

　　裂縫的成因：由于混凝土在硬化過程中，水泥和水起化學反應，產(chǎn)生大量的水化熱引起混凝土的溫度上升，如果熱量不能很快散失，內(nèi)部和外部溫差過大，就將產(chǎn)生溫度應力，使結構內(nèi)部受壓，外部受拉?；炷猎谟不跗冢挥泻艿偷目估瓘姸?，如果由內(nèi)外溫度差引起的拉應力超過混凝土早期抗拉強度時，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。

　　防止這類裂縫產(chǎn)生的措施：盡量選用低熱或中熱降低泥礦渣水泥、粉煤灰水泥；減少水泥用量，將水泥用量2盡量控制在450kg/m以下；降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下；改善骨科級配，摻加粉煤灰或高效減少水劑等來減少水泥用量，降低水化熱；改善混凝土的攪拌工藝，采用“二次風冷”新工藝降低混凝土的澆筑溫度；在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌和物的流動性、保水性，降低水熱化，推遲熱峰出現(xiàn)的時間；合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束；在大體積混凝土內(nèi)部設置冷卻管道，通過冷水或冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)部溫差；加強混凝土溫度的監(jiān)控，及時采取冷卻保護措施；加強混凝土養(yǎng)護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表現(xiàn)緩慢冷卻，在寒冷季節(jié)，混凝土兩面必須采取保溫措施，以防寒潮襲擊。

　　3.2 混凝土收縮引起的裂縫

　　裂縫的成因：混凝土在空氣中結硬時，體積要縮小，產(chǎn)生收變形，當受到約束時，就可能導致裂縫的產(chǎn)生；在筋率較高的構件中，由于鋼筋對周圍混凝土的約束作用強，混凝土的收縮也會受到鋼筋的限制而產(chǎn)生拉應力，引構件局部裂縫；新老混凝土界面容易產(chǎn)生收縮裂縫。

　　防止這類裂縫產(chǎn)生的措施：在裂縫產(chǎn)生的部位，用水泥砂漿，環(huán)氧樹脂對裂縫部位表面進行粘補、涂抹和嵌補等。這種方法一般適用于表面裂縫，合理設置收縮縫；改善水泥土性能，降低水灰比，減少水泥用量；配筋率宜過高，設置構造鋼筋收縮裂縫健分布均勻，避免發(fā)生集的大裂縫；加強混凝土的時期養(yǎng)護，并適應當延長混凝保溫覆蓋時間，并涂刷養(yǎng)護劑養(yǎng)護。

　　3.3 混凝土塑性坍落引起的裂縫

　　裂縫的成因：混凝土塑性坍落發(fā)生在混凝土澆筑后的頭幾個時內(nèi)，這時混凝土還處于塑性狀態(tài)，如果混凝土出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，在重力作用下混合料中的固體顆粒有向下沉移而水向浮動的傾向。這種移動當受到鋼筋骨架或者模板約束時，上部就容易形成沿鋼筋長度方向的裂縫。

　　防止這類裂縫產(chǎn)生的措施：要仔細選擇集料的配級，做好混凝土的配合比設計特別是要控制水灰比，采用適量的減水劑；施工時混凝既不能漏振也不能過振，避免混凝土泌水現(xiàn)象的發(fā)生，防模板沉陷；如果發(fā)生這類裂縫，可在混凝土終凝以前重抹面壓光，使裂縫閉合。

　　3.4 堿-骨科化學反應引起的裂縫

　　裂縫的成因：堿-骨科反應是指混凝土孔隙中水的堿性溶液與活性骨科化學反應，生成硅酸凝膠，堿硅膠溫水后可產(chǎn)生膨脹，使混凝土脹裂，開時在混凝土表面形成不規(guī)則的細小裂縫，然后由表及里地展，裂縫中充滿了白色深沉。

　　防止這類裂縫產(chǎn)生的措施：堿-骨科化反應對結構件的耐久性影響極大，為了控制堿-骨科的化反應速度應選擇優(yōu)質(zhì)骨科和低含堿量水泥，并提高混凝土密實度和采用較低的水灰比。

　　4 混凝土裂縫的處理材料和技術

　　4.1 水泥基滲透結晶型防水材料

　　水泥基滲透結晶防水材料是水泥、硅砂和多種特殊的活性化學物質(zhì)組成的灰色粉末狀無機材料。這種材料的作用機理是特有的活性化學物質(zhì)利用水泥混凝上本身固有的化學特性和多孔性，以水為載體，借助于滲透作用，在混凝上微孔及毛細管中傳輸，再次發(fā)生水化作用，形成不溶性的結晶并與混凝上結合成為整體。由于結晶體填塞廠微扎及毛細管道，從而使混凝土致密，達到永久性防水，防潮和保護鋼筋、增強混凝上結構強度的效果。這一材料已在水工混凝土建筑物防滲修補中逐漸得到應用，均取得良好效果。

　　4.2 新型灌漿材料

　　利用環(huán)氧樹脂和聚氨酯在一定條件下制備出可以形成同步互穿聚合物網(wǎng)絡結構的新型化學灌漿材料。該材料綜合廠環(huán)氧樹脂漿材和聚氨酯漿材的性能優(yōu)點，漿材黏度低，凝結時間可調(diào)、強度高。水下混凝土灌漿試塊的黏接抗拉強度可達1.05NPa，是一種性能優(yōu)良，適用性強、適合水下灌漿的多功能新型灌漿材料。

　　4.3 混凝土裂縫注漿技術

　　自從壞氧樹脂類高分子材料被用于混凝上建筑物裂縫修補工程后，至今它已經(jīng)成為僅次于鋼材和水泥的第三種材料被廣泛應用。以往傳統(tǒng)方法是靠人工控制將樹脂漿液注入裂縫內(nèi)。當環(huán)氧漿液黏度大，裂縫寬度較小時，這種修補方法并不一定十分成功。由日本引入一種“壁可”注漿技術，則是通過橡膠管的彈性收縮壓力自動完成注漿，緩慢均勻地灌漿壓力可將縫隙中的空氣壓人混凝土毛細管中，并通過混凝上的自然呼吸作用排出，有效地避免了氣阻現(xiàn)象，從而保證了灌漿質(zhì)量。在無人看管的情況下，注漿管靠內(nèi)部壓力可以持續(xù)很長時間自動注漿，需要人工操作的只是用泵將漿液壓入到注射管內(nèi)。

　　4.4 鋼板及碳纖維補強加固新技術

　　碳纖維補強加固技術是利用高強度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用壞氧樹脂浸漬形成碳纖維增強復合材料片材，將片材用專用環(huán)氧樹脂膠黏貼在結構外表面受拉或有裂縫部位，固化后與原結構形成一整體，碳纖維即可與原結構共同受力。由于碳纖維分擔了部分荷載，就降低了鋼筋混凝土結構的應力，從而使結構得到補強加固。

　　裂縫是水利建筑物混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象；它的出現(xiàn)不僅會降低水利建筑物的抗?jié)B能力，影響水利建物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，低材料的耐久性，影響水利建筑物的承載能力。所以，必對混凝土裂縫進行調(diào)查研究，在工程中采取有效的預防措施來預防，以證水利工程建筑物的構件的安全、穩(wěn)定。