小议水工混凝土裂缝分析及控制措施

摘要 : 本文水利基础设施建设快速发展, 水工混凝土施工及应用日益增多, 在水工混凝土施工特别是大体积混凝土施工中, 普遍会遇到裂缝控制问题。文章分析裂缝的类型及产生的主要原因, 并提出建立正确检测与评价体系, 优化混凝土设计及配合比等控制措施。

关键词 :水工混凝土裂缝成因；控制措施

1 水工混凝土适用范围

为了达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的, 通常需要修建不同类型的建筑物, 用来挡水、泄洪、输水、排沙等, 这些建筑物称为水工建筑物。这些建筑物所用的混凝土, 称为水工混凝土。水工建筑物一般体积较大, 相应的混凝土块体尺寸也较大, 通常称为水工大体积混凝土,如全南县桃江橡胶坝混凝土基础坝、上犹县龙潭水库混凝土双曲拱坝, 大体积水工混凝土施工得到广泛运用。由于大体积混凝土使用条件严格, 因此需按照工程的使用条件和设计要求, 必须注意混凝土的原材料选择和配合比设计, 使其具有较好的物理力学性能和耐久性能。

水工混凝土分类方法较多, 按水工混凝土所处水位可分为经常处于水中的水下混凝土、水位变动区域的混凝土、水位变动区域以上的水上混凝土; 按水工建筑物结构大小可分为大体积水工混凝土、小型水工混凝土; 按水工建筑物混凝土施工部位可分为外部区域的混凝土、内部区域的混凝土,等等。

2 水工混凝土裂缝主要类型及产生的主要原因

2.1 按裂缝成因分类

以水工混凝土裂缝按产生的原因可分为两类: 一是结构裂缝, 由承受荷载引起, 包括常规结构计算中的主应力以及其他结构次应力造成的受力裂缝; 二是材料裂缝, 由非受力结构变形例如温度、湿度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的, 这种裂缝的形成是一个渐进的过程与环境的变化等因素相关。因此, 混凝土裂缝主要包括收缩裂缝、温差裂缝、安定性裂缝等。

( 1) 收缩裂缝。

混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩,对于大体积混凝土, 这种收缩更加明显。如果混凝土的收缩受到外界的约束, 就会在混凝土体内产生相应的收缩应力,当产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度, 就会在混凝土中产生收缩裂缝。影响混凝土收缩的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品种。混凝土中的用水量和水泥用量越高, 混凝土收缩就越大。水泥品种对干缩量及收缩量也有很大的影响, 一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。

( 2) 温差裂缝。

混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。温差的产生主要有三种情况: 一是水工混凝土浇筑初期, 由于产生大量的水化热, 形成内外温差并导致混凝土开裂; 二是拆模前后, 由于混凝土表面温度下降很快,从而导致裂缝产生; 三是混凝土内部温度达到峰值后, 由于热量逐渐散发形成内部温差, 出现温度梯度。对于大体积混凝土, 裂缝主要是由温度变形引起的, 象水工大坝、分洪闸、拦河坝这样的大体积水工混凝土更易发生此类裂缝。如上犹县龙潭水库混凝土双曲拱坝在浇筑过程中出现的裂缝就是属于此类的。

( 3) 安定性裂缝。

安定性裂缝表现为龟裂, 主要是由于水泥安定性不合格而引起。另外, 钢筋受到腐蚀也容易造成裂缝。

2.2 按产生时间分类

按照裂缝产生时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝、完全硬化后裂缝。

3 水工混凝土裂缝的控制措施

水工混凝土裂缝对水工建筑物的质量和运行安全都会产生严重影响, 甚至导致重大质量、安全事故。针对以上混凝土裂缝产生的原因, 结合水工建筑物工程特点, 我们必须慎重对待, 采取切实有效的措施, 重点防止混凝土的温度裂缝和收缩裂缝, 实现预防和控制水工混凝土产生裂缝。

( 1) 建立正确的检测与评价体系。

由于水工混凝土本身以及混凝土与周围环境相互作用、的复杂性, 混凝土裂缝的产生一般不是由单一的因素造成的, 它的形成往往是由多种因素共同作用的结果, 不能简单地将混凝土裂缝出现的原因归结为材料选用不当或环境太恶劣。应当从混凝土的性能、结构型式及所处环境等方面系统分析可能使混凝土产生裂缝的原因, 并采取相应的措施防止混凝土裂缝。从结构角度看, 混凝土的收缩变形受到约束,其拉应力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土就会开裂。同时,由于混凝土早期强度、弹性模量、徐变松弛等参数随之变化,造成开裂趋势明显加大。从材料角度看, 引起混凝土产生裂缝的因素主要有: 化学减缩、不均匀膨胀、碱- 骨料反应、化学外加剂、掺合料及混凝土配合比设计、不均匀性和密实性等方面因素而产生裂缝。此外, 还要考虑外界气温、湿度、风速、日照等环境因素。正确地检测与评价混凝土的收缩与开裂趋势, 是采取措施有效地减少或避免开裂的前提。建立防止水工混凝土早期产生温度裂缝的检测与评价方法, 是减少大坝混凝土裂缝的关键措施之一。

( 2) 优化混凝土设计及配合比。

根据水工建筑物设计需要, 在保证混凝土具有良好工作性的情况下, 进一步优先水工混凝土的配合比, 应尽可能降低混凝土的单位用水量, 采用“三低( 低砂率、低坍落度、低水

胶比) 二掺( 掺高效减水剂和高性能引气剂) 一高( 高粉煤灰掺量) ”的设计准则, 生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。在条件许可的情况下, 应优先选用级配良好的骨料和收缩性小或具有微膨胀性的水泥, 并适当搀加粉煤灰, 可提高混凝土的抗渗性、耐久性, 减少收缩, 降低胶凝材料体系的水化热, 提高混凝土的抗拉强度, 抑制碱骨料反应, 减少新拌混凝土的泌水等。还可能适当选用高效减水剂和引气剂, 这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量, 改善新拌混凝土的工作度, 提高硬化混凝土的力学、热

学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。同时, 在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

( 3) 采取切实有效的施工方法控制。

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道, 在内部通循环冷水或冷气冷却; 对大型水工建筑物基础部位可采用分块分层浇筑, 以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时, 在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层, 底板高低起伏和截面突变处, 做成渐变化形式, 以消除或减少约束作用。还应加强混凝土的浇灌振捣, 尽量采用两次振捣技术, 改善混凝土强度, 提高密实度, 提高抗裂性。此外, 还应当采取相应的温度控制措施, 白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置, 或用湿麻袋覆盖, 必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时, 可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水, 要尽可能晚拆模。同时, 严格温度监控, 检测混凝土表面温度与结构中心温度, 以便采取相应措施, 保证混凝土施工质量, 控制混凝土内外温差。并做好保温保湿养护工作, 采用蓄水方式, 并在混凝土表面覆盖一层塑料布, 一层麻袋片, 并根据温差情况及时对混凝土表面覆盖厚度进行增减。