水工混凝土裂缝的出现和防治.pdf

第4 期 ( 总第1 2 1 期) 中国水能及电气化 N o 4( T O T A L N o ． 1 2 1 ) 2 0 1 5 年4 月 C h i n a Wa t e r P o we r &E l e e 仃 i fi c a t i o n 水工混凝土裂缝 的 出现和 防治 刘林 杰 袁 吉栋 王 锋 ( 河北工程大学，河北 邯郸0 5 6 0 3 8 ) 【 摘要】 混凝土裂缝普遍存在于水工建筑之中， 裂缝出现会对混凝土建筑物的正常使用造成不同程度的影响， 然而现阶段的水利工程技术尚不能完全解决此类问题。本文通过对裂缝理论上的成因和施工中造成裂缝 出现的 影响 因素进 行综合分析，提 出设计 上以及施 工中对应的技 术措 施，减少 裂缝 出现 ，降低其对建筑物 的危害。 【 关键词】 水工混凝土；裂缝；技术措施 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标识码 ：A 文章编号：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 5)0 4 - 0 0 1 4 - 0 4 Em e r g e nc e o f h y dr a u l i c c o nc r e t e c r a c ks a nd pr e v e nt i o n m e a s ur e s L I U L i n j i e ， Y U A N J i d o n g ， WA N G F e n g ( H e b e i U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g， H a n d a n 0 5 6 0 3 8 ，C h i n a ) Abs t r ac t：Co nc r e t e c r a c k s a r e pr e va l e n t i n hy d r a u l i c s t r u c t u r e s，whi c h c a n c a u s e i n flu e nc e on n o r ma l u s e o f c o n c r e t e b u i l d i n g s a t v a r y i n g d e g r e e s ． Ho w e v e r ， h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g t e c h n i q u e s c a n n o t s o l v e s i mi l a r p r o b l e ms c o mp l e t e l y a t p r e s e n t ．I n t h e p a p e r ，t h e o r e t i c a l c a u s e o f c r a c k s a n d i nfl u e n c e f a c t o r s c a u s i n g c r a c k s i n c o n s t ruc t i o n a r e c o mp r e h e n s i v e l y a n a l y z e d，c o r r e s p o n d i n g t e c h n i c a l me a s u r e s i n d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n a r e p r o p o s e d，t h e r e b y r e d u c i n g c r a c k s a n d l o w e r i n g i t s h a r m o n b u i l d i n g s ． Ke y wo r ds：h y d r a ul i c c o nc r e t e；c r a c k；t e c h ni c a l me as u r e 大量的工程统计表明，多数混凝土建筑物都存在 裂缝 。在水利水 电工程建设 中，裂缝也是水工混 凝土 最常见的缺 陷之 一 。裂 缝 在外 表上 影 响建 筑 物 的 同 时，在结构上也对建筑物的整体性造成了很大的影 响。水工建筑物通常处在强大的水压力下，裂缝在渗 水、漏水的同时也大大降低了建筑物的使用安全性。 因此，为保障水工建筑物的安全运行 ，发挥其应有的 工程效益 ，科 学地分 析裂缝 的成 因以提 出相应 的控制 措施 已经变得刻不容缓。 1 4 1 水工混凝 土裂缝形成的原因 由于混凝土是 由多种原 材料按 照一定 比例 混合 、 后期经过人工的浇筑凝结硬化而成的，因此混凝土裂 缝形成的原因众多，从混凝土的制作和使用来说 ，主 要可以概括为材料、 设计、 施工以及工程使用环境等 原 因。 1 ． 1 材料原因 a ．水泥品种 选择 和用 量 不 当。矿 渣硅 酸 盐水 泥 建设管理 Co n s t r u c t i o n Ma na g e me n t 和普通硅酸盐水泥 的收缩系数不同 ，前者的收缩 系数 比后者大 ，选择两者时要充分考虑后期混凝 土的收缩 性不同。混凝土在拌和时，水泥的用量要合适。水泥 选用量大 ，则混凝土前期的水化热大 、后期 的收缩量 大 ，极易 造 成 混 凝 土 凝 结 硬 化 时 产 生 温 度 和 干 缩 裂缝 。 b ．水泥标号 及混 凝 土强度 等 级选 择 。水 泥标 号 选择越高 ，前期强度越高，导致裂缝几率越大；混凝 土设计强度等级越高， 混凝土脆性越大，后期凝结硬 化时在 内应力作用下 ， 越容 易出现裂缝 。 c ．骨料原 因。大体 积水 工 混凝 土需 要 大量 的骨 料 ，这就造成在混凝土施工时骨料的来源广 泛。不 同 材质 的骨料应有其唯一 的骨料级配。实际工程 中若 以 某一固定的级配拌和所有的骨料，必将造成混凝土单 位用灰量增加，拌和用水增加，从而导致后期收缩量 增加 ，诱导} 昆 凝土产生干缩裂缝 。 d ．外加剂 和掺合 料用 法用 量 不 当。添加 剂 的加 入 ，使} 昆 凝土实 现 了工 程建设需 要 的早 强 、缓凝 等 。 但不当的用法和用量也会使混凝土后期收缩量增加， 形成裂缝 。 e ．其他 原 因影 响。包 括 砂 石 料 中含 土 量 过 大 、 石料碱活性强等 。 1 ． 2 设计原 因 a ． 结构局部受力不合理。混凝土材料抗拉能力 很小 ，在受极限拉应力时极容易 出现裂缝 。例如 ：结 构设计断面出现突变，在相应的部位没有配置足够 的 钢筋 ，造成结构 出现局部应力集 中，混凝土受拉 应力 过大 ，出现裂缝 ；结构设计中构造钢筋数量 较少 ，部 分断面钢筋用量不足 ，导致结构受拉时钢筋形 变量过 大 ，混凝土受拉造成裂缝 ；在设计 时对结构不均 匀沉 降 、 混凝 土收缩变形 等内应 力考虑不 充分 ，致使 混凝 土局部拉应力过大，造成混凝土拉裂。 b ．选材及配合 比原因。设计时选择的混凝土等 级过高，造成混凝土单位用灰量增加；设计配合比中 水灰比、砂率选择不当，造成混凝土和易性较差，混 凝土后期硬化时泌水 、离析 ，产生收缩裂缝 。 1 ． 3 施 工原因 a ． 拌和过程。混凝土拌和时间过短 ，骨料拌和 不均匀；混凝土拌和时间过长，混凝土产生离析 ，水 量挥发增加，造成混凝土强度降低、坍落度增加 ，破 坏外加剂的工作性 ，造成后期 混凝 土出现裂缝 。 b ．运输过 程。运输 距 离过 远 ，混 凝土 在运 输 过 程中泌水，和易性降低 ，坍落度增大；运输过程中外 界温度 过 高 ，造 成 混凝 土 失水 严 重 ，混 凝 土失 水 初 凝 ，入 仓强度 降低 ；外界温度过低 ，混凝 土 中水分结 冰，破坏混凝土结构，结构强度大大降低等。 c ．浇筑过程 。混凝 土 振 捣时 间控 制 不合 理 。振 捣时问过短 ，混凝 土密实度 小 ，混凝 土后 期 内部 出现 蜂窝，模板表面出现麻面；振捣时间过长，大量骨料 沉积到底部，骨料间水泥浆含量过低，骨料之间黏结 力不足，后期受拉时极易出现裂缝。混凝土浇筑温度 控制不当。外界温度较高时，内部降温设施不布设或 者设置不合理导致混凝土内部温度 过高 ，混凝土 出现 温度裂缝；外界温度较低时，混凝土外表面保温设施 布置不合理 ，混凝 土外表 面温度较低 ，表层混凝 土水 化不充分 。混凝土 浇筑分 块不 合理 、浇 筑顺 序不 对 、 混凝土保护层不够等都会导致混凝土后期受力时出现 裂缝 。 d ．养护过程。混凝土浇筑完毕后要及时洒水养 护 。混凝土后期洒水不及时极易造 成混凝 土凝结 硬化 过程中脱水，形成早期的干缩裂缝。大体积混凝土浇 筑完毕后缺少二次抹面，表面也易出现干缩裂缝。 1 ． 4 工程使用环境原因 a ． 受力原 因。混 凝 土后 期受 到超 过设 计应 力 的 荷载 。例如 ：建筑物后期 出现较大 程度的沉 降 ，结 构 内部出现较大的应力 ；地震 、火灾 等意外灾害也 可导 致混凝土出现裂缝。 b ．化学侵蚀 。因混凝 土 保护 层厚 度 或密 实度 不 够，后期内部出现碳化或者含氯化合物的侵入 ，破坏 混凝土内部碱环境造成钢筋腐蚀，钢筋腐蚀产生较大 的膨胀应力，钢筋与混凝土间黏结力几乎丧失，钢筋 7 5 建设管理 Co n s t r u c t i o n Ma na g e men t 混凝土结构承载力大大降低 ，受力条件下出现更多裂 缝 ，混凝土进一步被破坏。 c ． 极端环境破坏。随季节 的变化 ，混凝土在反 复冻融循环下逐步破坏 。 2 防治混凝土裂缝 的相关措施 根据 以上混凝土裂缝的形成原因分析 ，混凝 土的 裂缝成因较复杂，涉及前期混凝土材料的选择、混凝 土中期设计以及混凝土的后期施工等，因此应从混凝 土的材料 、 设计及施 工等方面进 行分析 ， 采取综 合控 制措施，减少水工混凝土各种裂缝的出现。 2 ． 1 材料的选取 a ． 水 泥的选取 。应优 先 选择 低水 化热 和 中水化 热 的硅酸盐水泥 ，从根本上降低混凝 土后 期凝结硬化 时因高水化热而造成的温度裂缝。 b ． 骨料 的选 取。选择 质 地 良好 、级配 优 良的砂 石骨料。应优先选择石灰岩、玄武岩等热膨胀系数 小 、粒径较大 的粗骨 料 ，以中、粗砂 为主 的细骨 料 。 骨 料 应 粒 径 均 匀 、含 泥 量 低( 如 石 骨 料 不 应 超 过 1 ％ ，砂骨料不应超过 2 ％ ) 。 c ． 掺合料和外加剂。积极采用水工混凝土掺合 料和外加剂。使用掺合料和外加剂可以减小水灰比和 水泥用量 、 降低混凝土绝热温升、 降低水化热放热速 率 、 延缓温度峰值 出现的时 间 、 改善水 工混凝 土 的工 作特性， 从而极大降低产生裂缝的几率。 2 ． 2 合理的设计形式 设计 中应尽量避免结构 出现断面突变或尖角孑 L 洞 等 ，充分考虑不均匀沉陷 、 混凝 土收缩等 易引起应力 集中的因素 ，根据水工建筑物的抗裂要求选用适宜的 结构形式 。 2 ． 3 合理化施工 a ．温度控制。春夏季温度 比较高，拌和骨料时 可 以加入冷水或者用水清洗砂 石骨料 以降低骨料浇筑 人仓时 的温度 ；浇筑时降低 混凝土 浇筑厚度 ，利用混 凝土的多层面散热 ；在混凝土浇筑 时预设 冷凝管 ，避 7 6 免混凝土后期凝结硬化时内部凝聚热量，造成混凝土 因温度应力形成裂缝 。秋 冬季温度 比较低 ，混凝 土后 期凝结硬化时注意保温 ，防止混 凝土因温度变化 过于 剧烈出现收缩裂缝。在寒冷的地区或者薄壁结构的建 筑物中，要尤其注意防止混凝土外表面结冰。 b ． 运输过程。选用的专业的运输设备，保证水 工混凝 土在运输过 程 中不发 生分离 、 漏 浆 、 严 重泌 水 及温度回升过多和降低坍落度等现象。混凝土运输距 离大时，应有遮盖或保温设施 ， 避免因 日晒、雨淋、 受冻而影响混凝土 的质量 。 c ． 浇筑过 程 。混凝 土 的浇 筑过 程控 制 是混 凝 土 质量控制 的重 中之重 。首先 ，混凝 土浇筑层厚度应 根 据原料 的供应速度 、振捣速度 、浇筑气 温和振捣器类 型等确定 ，确保浇筑过程 中混凝 土不 出现漏振 、过 振 和初凝等情况。混凝土振捣时间以该位置混凝土不再 显著下沉 、 不 出现气 泡 、表面 开始泛 水 泥浆 时 为准 。 其次 ，在大面积混凝土施工时采用分层 、分段式推 进， 大体积混凝土采用分段、等坡度 、薄层浇筑、循 序推进 、 一次到顶的方式 ，利用自然流淌形成斜坡混 凝土 的浇筑方法 ， 能够较好地适 应泵 送工 艺 ， 可避 免 经常拆卸输送混凝土管道， 提高泵送效率，简化混凝 土的泌水处 理 ， 确 保上 下层 混凝 土不超 过初 凝 时间。 最后 ，混凝土浇筑完毕 ，待表层 混凝 土建立一定 强度 后 ，按照建筑物设计标高修正混凝土高度，多余部分 用长刮尺刮平 ， 在初凝前后用滚筒来 回碾压数遍，将 混凝土表面压光打磨，待接近终凝前， 用木楔再打磨 一 遍 ， 使收缩裂缝闭合 ，覆盖保温材料保湿养护。 d ． 养护 和拆 模。混凝 土 浇筑完 毕 后 ，要及 时 进 入保温保湿养护阶段。刚浇筑不久的混凝土尚在凝固 硬化阶段 ，水化的速度较快。一般在浇筑完毕后1 2～ 1 8 h内即开始养护，整体养护时间不少于 1 4 d ，结构 重要部位至少 2 8 d 。养护过程 中要注意混凝土 的保 温 ，防止混凝土 因内外温差较大出现表面裂缝 和温度 裂缝 。 混凝土拆模时间应根据当地的气温和混凝土建立 建设管理 Con s t r u c t i on Ma n a g e me n t 的强度确定。事实表明，在一定程度上延长混凝土的 拆模时间 ，有利于控制混凝土裂缝 。 3 结语 由以上分析可知 ，混凝土裂缝 的形成是多 因素综 合影响的结果 。为防止 出现裂缝必须从混凝 土的结构 设计、原料选择、温度控制、施工养护的方式方法等 多方面考虑 。这就需 要技 术人员 结合施 工现 场情 况 ， 多方位考虑，采取综合措施加以控制。相信随着水利 水 电科学技术的发展 ，混凝土裂缝 的问题能够更好 地 得到解决 。Q 参考文献 [ 1 ] 丁建彤 ． 水工混凝土质量控制方法[ J ] ． 混凝土世界 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ． [ 2 ] 王 国秉． 水工混凝土裂缝的防止 [ J ] ． 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投产一座三峡水电站。在投产运行中，这两座电站 2 6台水电机组均顺利 实现 “ 零非停”和 “ 首稳百 日” 目标 。 众多大型水电站先后投运，我 国水电机组整体水平稳步提升。从三峡 电站单机容量 7 0万千瓦，到溪 洛渡电站单机容量7 7万千瓦，再到向家坝电站的单机容量 8 1 ． 2万千瓦，拥有 自主知识产权的国产机组不 断刷新世界纪录，标志着我国在大型水轮发电机组设计、制造、加工、安装、运行等方面均达到了世界一 流水平。随着未来鸟东德、白鹤滩等大型水电站的建设，我国单机容量百万千瓦级特大型水电机组的问世 也 已指 日可待 。 来源：中国农村水 电及电气化信息网2 0 1 5年 3月 1 7日 h t t p：／ ／ s h p ．mwr ． g o v ． c n ／ x y y wg z d t ／ 2 01 5 0 3 ／t 2 01 5 0 3 1 7 — 6 2 8 23 4 ． h t ml 7 7