上海市某泵闸闸体混凝土裂缝原因分析与处理技术.pdf

2 0 1 0年第 6期 ( 第 3 8卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 6 2 01 0 ( T o d a l N o 3 8 ) 文章编号 ： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 0) 0 6 0 0 2 1 0 l 上海市某泵闸闸体混凝土裂缝原因分析与处理技术 巨媛媛 ( 上海 明波水利设计有 限公司 ， 上海 2 0 1 1 0 0) 摘 要 ： 分析了上海市某泵闸闸体混凝土裂缝的原因， 阐述了采用高压灌浆的施工工艺对泵闸混凝土进行处理的结果。 关键词 ： 泵闸； 裂缝 ； 气候条件； 温差； 补强加固； 经验总结 中图分 类号 ： T V 5 4 3 文献标识码 ： B 混凝土施工过程中产生的各种裂缝 ， 不仅对其结构产生 了不良影响 ， 还有可能对整个建筑物产生直接危害 ， 特别是 水工建筑物 ， 由于裂缝 的产生， 如对位于水下部分的裂缝会 造成水沿裂缝的渗漏， 对位于水位线以上的裂缝， 则会由于 气 温的反复变化 ， 使裂缝中的毛细水对 结构物 造成进 一步 的 损伤 ， 从而可能造成结构物的破坏。 1 工程 概况 上海市某泵闸工程位于上海市长宁区新泾镇马桥圩区 许渔河与圩区外河周家浜的交汇处， 是泵闸结合工程。泵闸 采用平开式人字钢 闸门， 每扇闸 门单 宽3 0 m， 闸 门孔径 总宽 6 0 m； 泵闸水泵采用 2台 7 0 0 Q G S 一1 2 5型双 向贯流泵 ， 每一 台水泵 的排涝流 量为1 0 s， 泵 闸总 的排涝 流量 为2 0 s。 泵闸平时从周家浜 引水 ， 通过 调水 改善 河道 水环 境 ， 汛期 承 担圩区的的排涝任务。 2裂缝产生的经过及原因分析 2 0 0 9年5月 1 0 13泵闸边墩、 中墩 、 胸墙开始浇筑， 于第 二天凌晨 1点浇 筑完成 ， 当天 温度 2 0 C 一 3 4 9 。第二 天上 午， 施工队开始对墩墙覆盖土工布并浇水养 护， 当天温度 2 l 3 2 ， 并有 雷阵 雨。5月 1 4 13开 始墙 板拆 膜 ， 发现 多 条细微裂缝 ， 裂缝两头小 、 中间大 ， 上不 到顶 ， 下不见底 ， 观 测 宽度Z 0 5 mm， 经建设单位、 设计单位 、 监理单位和施工单位 现场查看并进行研究分析 ， 认为裂缝产生的主要原因如下： 1 ) 混凝土流动性不足 以及振 捣不均 匀 ， 在凝结 硬化前 没 有 沉实或者 沉实 不够 ， 当混 凝土 沉 陷时受 到钢 筋 、 模板 抑制 所致 ； 并且在泵 闸混 凝土 浇筑后 现场 养 护措施 不 到位 ， 导致 混凝土早期脱 水 ， 引起 混凝 土塑 性 ( 沉陷 ) 收缩 裂缝 。塑性 ( 沉陷) 收缩裂缝多在新浇筑的混凝土构件表面出现 ， 特别是 板 、 墙面系数大的结构之中经常出现的一种早期裂缝； 是混 凝土硬化期间或硬化后出现的裂缝。这种裂缝不深也不宽， 位于钢筋上部， 裂缝中部较宽， 两端较窄， 呈梭形， 与混凝土 上表面垂直， 其深度往往从混凝土表面一直延伸到钢筋表 面， 如果不加以预防和消除， 将会加速钢筋的锈蚀 ， 对泵 闸的 耐久性极为不利 ， 需 要对这些裂缝进行处理 。 2 ) 泵闸混凝土浇筑时， 天气温度为 2 0 C3 4 9 ， 温差 很大达 1 4 9 C， 并且在第二天到第三天都有雷阵雨发生 ， 而 这3 d 正值混凝土水化热最大的时候， 泵闸混凝土浇筑后未采 收稿日期 2 0 1 0一o 4 2 0 作者简介 巨媛媛( 1 9 8 0一) ， 女， 陕西扶风人 ， 助理工程师。 取降温及保温措施 ， 引起混凝土内、 外温差相差增大 ， 混凝土 产生温度裂缝。混凝土温度裂缝由于水泥水化热或环境温 度引起的 一般与结构截面垂直 使用期间因环境温度过高 产生的裂缝。一般贯穿于整个截面， 也有仅产生表面的情 况。水泥水化过程中放出大量的热， 且主要集中在浇筑后的 前7 d 内， 一般水泥可以放出5 0 2 J g 的热量， 如果以水泥用量 3 5 0 k g m 、 5 5 0 k g m 计算， 混凝土将分别放出1 7 5 0 0 k J m 和2 7 5 0 0 k J r t l 的热量 ， 从而使混凝土内部温度升高 ( 可达 7 0 左右， 甚至更高) 。尤其对大体积混凝土来说， 这种现象 更为严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同， 所以混 凝土 中心温度低 ， 形成温度梯度 ， 造成 温度变 形和温度 应力 ， 温度应力和温度 差成 正 比。当这种 温 度应力 超过 混凝 土 的 内外约束应力( 包括混凝土抗拉强度) 时， 就会产生裂缝。这 种裂缝初期 出现 时很 细， 随 着时 间 的发展 而继 续扩 大 ， 甚至 达到贯穿的情况。 3 混凝土裂缝的处理措施 根据大体积混凝土裂缝的特点及混凝土裂缝的处理经验， 经研究决定采用内部进行化学灌浆及表面封闭的综合处理方 案。该方案可 以在裂缝 内部 的钢筋周围形成保护层 ， 防止 内外 水沿裂缝渗漏 ， 同时对裂缝处的混凝土进行补强加固。 3 1 水溶性聚氨脂灌浆材料性能 化学灌浆采用水溶性聚氨脂， 该材料以水为介质， 是有 机溶剂， 无公害， 是一种在防水工程 中普遍使用的灌浆材料， 其固结体具有遇水膨胀的特性 ， 具有较好的弹性止水 ， 以及 吸水后膨胀止水的双重功能。针对现场裂缝分布情况， 采用 的灌浆材料的主要性能指标见表 1 。 表 1 水溶性聚 氨脂 化学灌浆材料主要性能指标 裂缝内部化学灌浆完成 23 d 以后， 在裂缝表面采用 P C S 一3型柔性防水材料进行封闭， P C S一3型柔性防水材料 耐 水 性 和 抗 冲 刷 效 果 好 ， 与 混 凝 土 之 间 的 黏 结 强 度 可达 3 MP a 以 上 。 2 0 1 0年第 6期 ( 第 3 8 卷 ) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 6 2 01 0 ( T o d a l N o 3 8 ) 文章编号 ： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 2 2 0 2 寒冷地 区混凝 土的耐久性与配合 比设计及施工 赵 中华， 刘晓波， 侯新月 ( 黑龙江省水利科 学研究院， 哈尔滨 1 5 0 0 8 0 ) 摘要 ： 混凝土的抗冻耐久性是保障寒区水利工程质量的重要条件， 文章以寒冷地区混凝土的耐久性问题为出发点， 阐述了混凝土 抗 冻性能的影响因素 ， 并给出了冻害 问题的治理方法 。 关键词 ： 混凝土； 组成材料； 抗冻性能； 配合比； 制作工艺 中图分类号 ： T V 5 5 4 文献标识码 ： B 寒冷地 区混凝土 的耐久性 主要是 指混凝 土的抗 冻融 耐 久性， 如果工程中的混凝土抗冻融指标达不到设计要求， 尽 管水工建筑物强度指标很高 ， 但运 行几年后水 位变化 区都不 同程度的出现冻融剥蚀现象， 若不及时修补处理 ， 很快会发 生钢筋锈蚀， 加速混凝土损坏， 影响建筑物的使用寿命。因 此， 混凝土的抗冻融耐久性是当前水利工程所关注的重大课 题之一 。 1 混凝土的冻害机理 混凝土是由水泥砂浆及粗骨料组成 的毛细孔 多孔 体 ， 这 是因为在拌制混凝土时为了得到必要的和易性， 加入的拌合 水总要多于水泥的水化水， 这部分多余的水便以游离水的形 式滞 留于混凝土 内形成 连通 的毛细 孑 L ， 并 占有 一定 的体积 。 如寒冷地 区水 工 混凝 土 配合 比要 求水 泥 最 小用 量 不 低 于 3 0 0 k g ， 水灰比0 5 。为了得到必要的和易性， 在不掺减水 剂的情况下混凝土的拌合水取值应为 1 3 51 5 0 k g ， 而水泥 水化用水的在水灰比约为 0 2 5 ， 混凝土中多余的游离水的体 积平均为 5 一 2 0 ， 这种 毛细孔 中 的 自由水就是 导致混凝 土遭受冻害的主要内在因素。当混凝土建筑物侵水饱和受 冻， 水受冻结冰体积膨胀达 9 ， 产生冰结晶压力， 当这种冰 结晶压力超过混凝土 的抗拉强度 时， 就会在混凝 土 内部产 生 微裂纹 ， 经过多次反复吸水冻融 ， 裂纹不 断扩展 ， 使 冻冰 的破 坏作用不断向深度发展， 混凝土的强度由表及里逐渐降低 ， 址 址 址 t 舢舢 址 址 址 舢 址 址 3 2 水溶性聚氨脂灌浆施工工艺 缝。 灌浆工艺流程 ： 施工准备一查缝定位一布孔钻孔一清孑 L 一 装高压灌浆嘴一灌浆。 具体工艺为； 沿混凝土裂缝两侧打斜孔与缝面相交， 混 凝土表面孔距裂缝1 0 I n 左右 ， 孔距为 0 3 0 5 m( 视裂缝宽 度而定) ， 孔深距表面2 0 c m以上。灌浆孔造好后。清孔。在 已洗好的灌浆孔上装专用的高压灌浆嘴( 只能进浆， 不能出 浆) ， 将灌浆嘴打入斜孔内， 进行高压灌浆， 灌浆压力要分级 施加，以 0 2 MP a为 一 级， 在 某 级 灌 压 下， 若 吸 浆 量 0 0 5 m l m i n 时， 升压一次， 直至达到最高灌浆压力。采用 的最高灌浆压力如下； 当裂缝宽度8 t0 5 m m， 灌浆压力 8 1 0 MP a ； 当裂缝宽度6 0 5 m m， 灌浆压力 81 0 MP a 。 灌浆结束标准， 当所灌孔附近的裂缝出浆且出浆浓度相 当时， 结束灌浆。在灌浆过程中， 首先是灌浆孔附近附近的 裂缝出气出水， 随后出稀浆， 最后才出浓浆。每孔平均灌浆 时间约2 0 m i n 。如果两孔之 间的裂缝渗水 ， 需要 在两孔 之间 布孔灌浆。每条缝的灌浆过程要连续进行， 灌浆时要认真作 好灌浆记录。灌浆结束， 待凝3 d 后， 将灌浆嘴打人孔内， 然后 用快速砂浆将孔压实抹平。沿灌浆缝的混凝土表面打磨 ， 打 磨宽度1 5 c m， 清洗表面后涂刷两遍 P C S一3柔性防水涂料 ， 厚度为1 0 mm以上 ， 由于洞 内较潮湿 ， 要求养护4 d 以后才能 通水。 4 经验 总结 从 以上上海市某泵 闸 闸体 混凝 土裂缝 产生 的经过 及原 因分析与事后处理措施中， 可以总结如下几点经验： 1 ) 设计单位应该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， 控制外加剂的品种和掺量 ， 确保 混凝土收缩与膨胀相抵消； 按 规范 要求设置必要的变形 2 ) 混凝土振捣要密实， 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， 且在第一次振 捣后要进行第二次振捣。拆模后要挂草帘或铺草浇水养护 保湿， 防止混凝土产生塑性( 沉陷) 收缩裂缝。 3 ) 混凝土结构产 生温度 裂缝 的主要原 因是水 泥在硬 化 过程中释放大量的水化热， 使混凝土内部产生的温度应力超 过混凝土的极限抗拉强度 ， 因此， 如何控制大体积混凝土水 化热升温和混凝土结构物内外温差， 成为大体积混凝土是否 产生温度裂缝的关键， 为了降低水化热， 延缓温升值和温升 速度， 首先要优化配合比， 采用低热水泥， 通过适当掺粉煤灰 及外加剂提高混凝土的品质， 在结构物内埋设冷却水管 ， 分 层分块浇注混凝土， 加强表面覆盖及养护等， 对降低内外温 差能起 到 良好 的效果。各种温控措施 是相互联 系、 相互补充 和制约的， 各项措施各有利弊， 在具体工程的设计和施工中 根据温度应力计算和技术经济条件分 析， 结合工 程实际和全 面考虑， 合理采取相应措施。 5 结语 混凝土裂缝的预防和控制在水工建筑物结构的耐久性， 安全性等方面起着决定性的影响 ， 因此严格按 照国家有关规 范和技术标准进行设计施工和管理在水工混凝土建筑物的 建设中优为重要。水工建筑物一旦产生裂缝， 应先探明原 因， 再采取合理的处理措施 ， 以确保水工建筑物长久安全的 运行 。 参考文献 ： 1 龚召熊， 等 水工混凝土的温控与防裂 北京： 中国水利水电 出版社 ， 1 9 9 9 收稿 日期 2 0 1 0 0 91 3 作者简介 赵 中华 ( 1 9 5 2一) ， 男， 天津人 ， 高级工程师 ； 刘晓波 ( 1 9 7 9一) ， 内蒙人 ， 工程 师； 侯新 月( 1 9 7 9一) ， 男， 黑龙 江兰西 人 ， 工 程 师 。 一 2 2