浅析水工混凝土裂缝原因及应对措施.pdf

设计施工 水利规划与设计 2 0 1 3年第 4期 浅析水工混凝土裂缝原因及应对措施 吴永斌 天水纸 ( 新疆塔里木河流域希尼尔水库管理处 新疆库尔勒 8 4 1 0 0 0 ) 【 摘 要 】 本文主要探讨 了新疆 巴州境 内的一些水利工程建筑物 ，混凝土裂缝产 生的部位及裂缝产生 的原因 并从混凝土施工配合 比等方面提 出裂缝治理建议。 【 关键词 】 水利工程 混凝土裂缝 混凝土配合比 新疆 D O I 编码 】 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 3 0 4 0 2 4 【 中图分类号 】T V 5 2 3 【 文献标识码 】 B 【 文章编号 】 1 6 7 2 -2 4 6 9( 2 0 1 3 ) 0 4 一o 0 7 5 0 3 巴音郭楞蒙古 自治州 ( 以下简称巴州)位于 新 疆 维 吾 尔 自治 区 东南 部 。 东经 8 2 。3 8 9 3 。4 5 ，北纬 3 5 。3 8 4 3 。3 6 之间 。巴州 属典型大 陆性 气候 ，四季分 明 ，昼夜温 差大，春 季升温快而 不稳，秋 季短暂而 降温迅速 ，多晴少 雨 ，光照充足 ，空气干燥 ，风沙较 多。其 中，南 5县 ( 市 )属塔里木盆地 东部暖温带干 旱区 ，该 区域 光热充 足 ，热量 资源 比较丰 富， 冬 夏和昼 夜 温差大 ，空气干 燥 ，1 0 积温 3 8 7 0 4 3 0 0 ， 无霜期 1 7 5 - - 2 0 0天 。北 4县 即焉耆 、和 静、和 硕 与博 湖属 焉耆 盆地 中温 带 区 ，该 区域 日照 充 足 ，气候温和 ，1 0 积温 3 4 2 0 3 5 8 0 ，无霜 期平均 1 7 5天左 右 。 随 着 国家西 部 大 开发及 塔 里 木河 流域 综 合 治理工程 的开展，巴州水 利工程无论从规 模上还 是数量上 ，都有 了较 大的发展 。而水工 混凝土建 筑物在建设和使用过程中出现了不同程度、 不同 形式的裂缝， 这些， 困扰着我们的工程技术人员。 大量工程实践所提供的经验说明， 结构物的 裂 缝是不可避免 的 ， 应将其有 害程度控制在 允许 范围 内。结构物 的裂缝 ，大致 可分为荷载作用 引 起 的裂缝和变形 引起 的裂缝两大 类 ， 而变 形作用 包括温度 ( 水化 热 、气 温 、生 产 热 、太 阳辐 射 等 ) 、湿度 ( 自生收缩、失水干缩、碳化收缩 、 塑性收缩等) 、 地基变形 ( 膨胀地基 、 湿陷地基、 地 基差异 沉 降等 ) 。 1 混凝土裂缝产生案例分析 我州水工建筑物 出现 的裂缝 ， 大 多属于变形 裂缝，由于荷载作用引起的裂缝较少。下面就我 州某些水工建筑物发生的一些裂缝， 做一些初步 的分析 。 1 1 案例一 某大 型水利工程 中 3块大 体积钢筋 混凝土 筏型底板 ，其 中 2块底板厚度 为 1 _ 5 m 。第 1块 厚度 1 5 m底板 ，于当年 1 0月底浇注 。施工时施 工单位将厚度 1 5 m的底板分两层浇注 。第 1层 底 板于当年 l 0月底 浇注 ，先浇注 0 7 5 m 。拆除 侧 模后 ，发现 四周有垂直于板 的裂缝 ，继而在 已 浇 筑面上也发现 了裂缝 。经取 芯检测 ，裂缝是 由 顶至底贯通 的。后经各 方专家 的研究 ，采 用聚胺 脂 灌浆进行 了封堵 处理 ，取芯 检测 ，灌缝 效果较 好 。分析发 生裂缝 的主要原 因是混凝土 的 内外温 度 差引起 的温度变 形而产生 的。当年 1 0月底 ， 恰 逢寒流降温 ，而施工上侧模未采取任 何保温 措 施，浇注层表面由于是在板的中部分层，施工时 未布设防裂钢筋，随后保温保湿措施跟不上，裂 缝 的发生是不可避 免的 。同一工程 中另 一块底板 厚度 也是 1 5 m ，浇注 时间是 当年的 l 1月份 ，有 鉴 于第一块底板发 生裂 缝后而总结 的经验 ， 在施 工 中未对 底板厚度分层 ，同时对侧模采取保温措 施 ，混凝土浇 注后即 时进行保温 覆盖，经拆模检 查再未发现裂缝。 而第 3块底板于次年十月底浇 注，亦恰逢寒流降温，但施工措施得当，保温到 位，也未发现裂缝。从后两块大体积钢筋混凝土 底板的浇注情况来看，正确而合理的施工措施 作者简介 ： 吴永斌 ( 1 9 7 0年一 ) 男， 工程师。 7 5 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 3年第 4期 是完全可以避免出现类似混凝土裂缝的。 1 2 案例二 某大 型水利工程 中的 闸墩 ， 前池侧墙 以及 主 厂房地面以下四周侧墙都是钢筋混凝土结构。 在 浇注混凝土后 ， 拆 模发现在不 同浇筑层有垂 直建 筑物长边 的垂直裂缝 ，裂缝形状 呈枣核状 ，中间 宽， 两头窄。 这些墩及墙厚度一般在 0 6 1 0 m ， 高度 5 1 3 m 。施 工中有 的是 当年分层浇 注 的， 有 的是在前 一年 已浇注 的老混凝土上浇注 的 。 分 析产生这些裂 缝的原因 ， 是 由于新浇混 凝土在硬 化过程中降温和收缩同时发生， 新浇混凝土结构 受外力的约束 ( 老混凝土的约束 ) ，而承受相互 叠加的拉应力大于新浇混凝土此时的抗拉强度 而产 生裂缝 。 而主厂房地面 以下四周侧墙及前池 侧墙 的混凝土施工 ， 一部分是 在前一年 的老混凝 土基础 上继续施工的 ，另一部 分是 当年分层浇注 施工的。由于该工程 的混凝土 有抗硫 酸盐腐蚀要 求，采用 高性 能混 凝土分层浇注施工 时，每层 间 隔周期一般在 3 5天左 右，而此刻 已浇注 的混凝 土的强度 已达到设计强度的 1 2 0 1 3 0 ，甚至 更高。实际下层混凝土已成 “ 老混凝土” ，对上 层混凝土在硬化过程和收缩时产生一种约束力， 使混 凝 土产 生的 拉应 力超过 了混 凝 土 的抗 拉 强 度 ，导致混凝土 结构产 生 了裂缝 。 1 3 案例 三 某输水水利工程 沿途有 6座交通桥 ，上部结 构系预制钢筋混凝土 T型梁。 这几座桥是由不同 的施工单位承 建 ，但六座桥 的预制钢筋混 凝土 T 型梁拆模后 ， 在梁板交接处都有不同程度的水平 裂缝 。经超 声波检测 系表 面裂 缝 ，仅做 了表面处 理。这种裂缝就是典型的沉缩裂缝。裂缝常出现 在结构的变截面处、梁板交接处、梁柱交接处。 因混凝 土的流动性不足或流动性 过大，硬化前没 有密 实或 密实不均 ，就会发生裂缝 ，裂缝 的深度 一 般达 到钢 筋表面 。 梁板施 工工艺是一次浇注振 捣 完成，由于梁板 的沉 降不均就会产 生裂缝。鉴 于对这一问题的认识， 后来在另一座桥的施工中 采用梁浇完后等待 3 0 4 0 m i n 再浇注板的方法， 结果拆模后未发生裂缝。 当然对这种情况也可采 用混凝土浇注 1 2 h 后， 对混凝土采用二次振捣 措施，也可防止裂缝的产生。 2 混凝土裂缝的控制措施 国外许多工程 的实践证明 ， 只要设计与施工 7 6 紧密配合 ，裂缝是可 以控制的 。现 就施工方面 的 措施做 一简要叙述 。为 了防止裂缝形成 ，着重从 控制温 升、减 少温度 应力方面采取一些措施 。这 些措 施不是孤立的 ， 而是相 互联 系、 相 互制约的 ， 必须 结合实际全面考虑 ，合理采用 ，才能收 到防 止裂 缝的效果 。 2 1 加强混凝土材料 的控 制 ( 1 )水泥 。在 混凝土施工 中，水化 热引起 的温 升较高 ，降温幅度 大 ，容易引起温度裂 缝 。 为此，在施工 中应选 用水化热较低 的水泥 以及尽 量降低单位水泥用量 。 ( 2 )掺 合料 及外加剂 。混凝土 中掺入粉煤 灰或矿渣微粉等掺合料 ，不仅能代替部分水泥， 也可 以大大改善混凝 土 的工作性和可泵性 ，且可 明显降低混凝土水化 热 。另外 掺加外加剂 ，如减 水剂 ， 可减少拌合用 水， 同时也减少 了水泥用 量 ， 从而 降低水化热 。又如掺加膨胀剂还 可减少 因外 约束而使混凝土产 生拉应力 。 ( 3 )混凝土骨料 。混 凝土施工 时，混凝土 骨料的尺寸与结构物的配筋， 混凝土浇注工艺等 因素有 关。 粗骨料尽 可能用大粒径 的骨料 ， 可减少用水 量 ，减 少水泥的水化热 ，降低 混凝土 的温升 ；细 骨料采用中砂、 粗砂， 比采用细砂时减少用水量， 水泥相应 也减 少 ， 从而 降低水 泥水化热和混凝 土 的干缩 。 ( 4 )大体积 混凝 土 中掺加大块石 。在混凝 土中掺 加无裂缝 、冲洗干净 的坚 固大块石 ，不仅 减 少了混凝土用量 ，降低 了水化 热，节 约 了工程 投 资，而 且 由于水泥水化热 的降低 ，给控 制裂缝 带来一定好处 。 2 2 做好 混凝土施 工养 护工作 ( 1 )混 凝土 的施 工 。根据 有关试 验资料 ， 普通混凝土 的极 限拉伸 离散性很大 ，这与水泥用 量 、水泥砂 浆量 、水 灰 比、粗骨料 品种 、砂石含 泥量 、混凝土捣 固程度 以及 养护条件等 有关 。因 此，在施工中必须创造各种条件，确保混凝土的 均匀密实 。 ( 2 )养 护工作 。在尽量 减少混凝 土 内部 温 升的前提下 ， 混凝土的养护是一项关键工作， 必 须切实做好 。 养护主要是保持适 宜 的温度和湿度 条件 。混凝土的保温措施常常也起到保湿的效 果 。 从温度应 力的观点 出发 ， 保温 的 目的有 2个 ， 一 是减少混凝 土表面的热扩散 ， 减少混凝土表面 设计施工 水利规划与设计 2 0 1 3年第 4期 的温度梯度，防止产生表面裂缝；二是延长散热 时间， 充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特 性 ， 使平 均总温差对混凝土产 生 的拉应力 小于混 凝土拉抗强度 ，防止产生 贯穿性裂 缝 。 2 3 合理使用混凝土掺合料 现代混凝土科学大量使用矿物细掺料， 既是 提高混凝土性 能的需要 ， 又可 减少对水泥量 的要 求 ；既可减少煅烧 水泥熟料 时 C 0 z 的排放 ，又因 大量利用粉煤灰 、矿渣微粉及 其他工业废料而有 利于保护环境 。 而水泥外加剂 的使用历史更长 ， 引气剂和减 水剂 的使 用 大大 地 改善 了混凝 土 的工 作性 和 耐 久性 。而膨胀剂又可 配制出膨 胀混凝土 ，可减 少 混凝土产生拉应 力防止裂缝 的产 生。 这些矿物细掺料、外加剂的拌和参数，需通 过试验来确定。混凝土的试验周期较长， 试验中 要有足 够的时 间进行调配 ， 使混凝土各项指标达 到设计 要求。 3 结语 混凝 土裂 缝 是水 工混凝 土 结构 中普遍 存 在 的一种现 象 ， 它 的出现 不仅会 降低建筑物 的抗渗 能力 ，影响 建筑物 的使用功能 ，而且会 引起钢筋 的锈蚀 ，混凝土 的碳化 ，降低 材料 的耐久性 ，影 响建筑物 的承载能力 。因此 ，应对混凝土裂缝进 行认真分析、区别对待， 采用合理的方法进行处 理。 并采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出 现和发展， 保证建筑物和构件安全、 稳定地工作。 ( 上接第 6 1页 ) 表 2 影响 P C C P 管外防腐涂料损耗的其它因素 序号 主要 因素 涂料 类型 涂装方法 材料损耗 通 风 良好但相对封 闭的空间 无溶 剂型 高压 无气喷涂 5 左右 l 环境条件 室外 无风的环境 无溶 剂型 高压无 气喷涂 5 1 0 室外有 3 4级风 的环境 无溶 剂型 高压 无气喷涂 超 过 2 0 简单 结构 喷涂 2 0 2 结构 复杂结构 喷涂 3 0 6 0 单组 分 低 于 5 3 涂料浪 费 双组 分 3 1 0 P C C P管外壁水泥砂浆保护层表面粗糙度、孔隙、 4 无溶剂型 高压无气喷涂 1 5 2 5 疏松等情况 ( 2 )实 际涂 布率 的确 定。 由于采 用高压 无 气 喷涂 施 工工 艺 ，其 喷涂 时 的涂料 利用 系 数 为 0 7 0 8 。但在 实际施 工 中也应考虑 到 P C C P管 外壁水 泥砂浆保护层表 面的粗糙 、 孔 隙且疏松会 增加涂料用量。 加之料桶及喷涂机械管路中也会 粘有涂料，造成涂料的浪费等情况。因此，利用 率系数取 0 6 5 。据此每平方米涂层的材料消耗 量为 9 9 4 5 0 6 5 = 1 5 3 0 g ， 由于 P C C P管外壁 水泥 砂浆保护层表 面呈现 波 纹 ( 凹 凸) 状 ，必然 会使 实 际涂装 面 积有 所增 加 。经计算可增加 5 7 的涂装面积 ，涂 料利用率 系数 为 0 6 5 ，故 P C C P管外 壁水泥砂浆保护 层表 面 每 平 方 米 涂 料 实 际 用 量 为 ： 1 5 3 0 1 5 7 = 2 4 0 2 1 g。 6 结 论 涂层厚度确定后，P C C P管材料消耗量主要影 响因素有：( 1 )涂料产品的理论涂布率；( 2 )施工 作业涂料利用 系数 ；( 3 )实际喷涂面积增加 系数 及表面孔 隙等 。 综上所述， 当 P C C P管外壁作 防腐涂层时其 实 际涂料用量约为 2 4 k g m 2 ( 干膜厚度 为 6 0 0 u m ) 。 参考文献 l 郭永峰， 杨进新，王东黎南水北调中线工程 P C C P管道阴 极保护防腐技术探讨特种结构，2 0 0 9( 2 ) 2 汪易森南水北调中线京石段应急供水工程设计和施工中 的主要技术问题 水利水 电技术，2 0 0 9( 1 ) 3 胡 士信 ，王 东 黎 ，张 本革 ， 窦宏 强 ，陈 弘 ，钱德 琳 预 应 力钢 简 混凝 土管 阴 极保 护技 术 应用 介 绍 南 水北 调与 水利 科 技 ，2 0 0 8 ( 1) 4 张亚平 ， 曹健利 比亚大人工河工程简介 给水排水，1 9 9 9 (9) 5 G B T I 9 6 8 5 -2 0 0 5预应 力 钢筒 混 凝土 管 北京 ： 中国标 准 出 版 社 ，2 0 0 5 6 金晓鸿防腐蚀涂装工程手册北京：化学工业出版社， 20 0 8 7汪国平 船舶涂料与涂装技术 ( 第二版 ) 北京：化学工业 出版社 ，2 0 0 6 7 7