水池裂縫產生的原因及控制處理方法

宋少剛 程義軍 畢朝陽

1 概述

在垃圾焚燒廠工程中,鋼筋混凝土水池是一種常見的構筑物,如調節池、污泥池、回用水池、工業水凈化裝置、凈水池、蓄水池等。在實際工程設計中其主要依靠混凝土自身的密實性來增強其防水、抗滲性能,一般不再另設防水層。因此,規范對池體裂縫的寬度給予嚴格的限制(縫寬不能大于0.2 mm)。

引起水池裂縫的因素很多,譬如設計上的結構選型及沉降縫、伸縮縫設置不當;池體的溫度收縮應力考慮不周等;施工上混凝土養護時間短;水灰比過大;振搗不良或池體長期外露、不盛水導致混凝土內部水分蒸發,形成連通空隙;地基的不均勻沉降等。

本文對鋼筋混凝土水池工程中常見的一些裂縫問題進行了探討分析,并提出了一些預防、處理措施。

2 裂縫形成的原因

1)由靜荷載、動荷載、其他荷載引起的裂縫,該類裂縫由兩種情況形成:a.混凝土結構未達設計強度而承受荷載引起裂縫;b.混凝土結構已達設計強度而承受沖擊,地震或超設計荷載引起裂縫。它是按常規計算的主要應力引起的荷載裂縫,以及由結構次應力引起的荷載次應力裂縫,二者通稱為結構性裂縫。2)由變形荷載引起的裂縫,包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫,也稱非結構性裂縫。從環境的變化、變形的產生到約束應力的形成,裂縫的出現與擴展等都不是在同時間瞬時完成。它有個應力積累和傳遞的過程。近年來混凝土工程大量裂縫的出現,并非與荷載作用有直接關系。據國內外調查資料表明,混凝土工程結構產生屬于變形變化(溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降)引起的裂縫約占80%;屬于外荷載引起的裂縫僅占20%;由此可見,第一大類原因引起的裂縫除不可抗拒因素外,我們通過設計計算以及注意正常使用能夠控制裂縫的產生;而第二大類原因引起的裂縫十分復雜,我們必須加以重視。3)選用材料不當引起的裂縫。礦渣水泥比普通水泥收縮大,粉煤灰水泥、礬土水泥及快硬水泥收縮較大,礦渣水泥比普通水泥水化熱低,水泥活性越高、顆粒越細、表面積越大收縮越大。砂巖作骨料收縮幅度增加,粗骨料含泥量越大收縮越大,骨料粒徑越細、砂率越高收縮越大,水灰比越大收縮越大,配筋率越大收縮越小。但配筋過大則會增加混凝土拉應力,外加劑及摻合料種類繁多,只有強度指標,缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實驗資料。混凝土水池池壁厚度一般為30 cm～60 cm較薄的寬大池壁,常出現豎向裂縫。裂縫的長短不一,寬度不同,互不連貫。一般池壁中間裂縫較密、較寬,在0.5 mm左右,多發生在施工期間或啟用后不久。敞開式無頂板水池,裂縫常出現在池壁上部,呈上寬下窄狀。

3 控制裂縫的措施

3.1 設計方面

設計時一般先根據強度計算結果初步確定配筋,然后進行裂縫寬度驗算。規范推薦的裂縫寬度驗算公式如下:

其中,Mq為在作用效應準永久組合下,計算截面處的彎矩,N?mm;?wmax為最大裂縫寬度,mm;Ψ為裂縫間受拉鋼筋應變不均勻系數,當 Ψ＜0.4時,取0.4,當 Ψ＞1.0時,取1.0;σsq為按作用效應準永久組合計算的截面縱向受拉鋼筋應力,N/mm2;Es為鋼筋的彈性模量,N/mm2;c為最外層縱向受拉鋼筋的混凝土保護層厚度,mm;d為縱向受拉鋼筋直徑,mm;ρte為以有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率;v為縱向受拉鋼筋表面特征系數;α1為系數,對受彎、大偏心受壓構件取 α1=0,對大偏心受拉構件取;α2為系數,對受彎構件取α2=1.0,對大偏心受壓構件取 α2=1-0.2×h0/e0,對大偏心受拉構件取α2=1+0.35×h0/e0。

運用上述公式進行驗算時,可歸納出一些在相同配筋率下有利于裂縫控制的因素。例如,采用直徑較細的鋼筋或較高抗拉強度的混凝土等。

3.2 施工方面

選擇合理的施工工藝,嚴格按設計混凝土強度等級及設計構造要求施工,正確選擇施工用水泥、粗細骨料粒徑及含泥量,控制水泥用量及水灰比。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。選擇溫度較低的時間澆灌混凝土,無法避開高溫時采用井水拌制混凝土,降低混凝土攪拌和澆灌溫度。

3.3 養護使用方面

根據不同的施工工藝和澆灌混凝土時的溫度,采用不同的養護方法。采取保溫保濕的養護技術,盡量利用混凝土后期強度。使用時對重要的混凝土結構作好保溫隔熱工作;在混凝土未達到設計強度前不準其承受荷載,在混凝土達到設計強度后避免其承受沖擊荷載或超載使用。

4 裂縫處理

4.1 表面封閉法

利用混凝土表層微細獨立裂縫(裂縫寬度 w≤0.2 mm)或網狀裂紋的毛細作用吸收低粘度且具有良好滲透性的修補膠液,封閉裂縫通道。對樓板和其他需要防滲的部位,尚應在混凝土表面粘貼纖維復合材料以增強封護作用。

4.2 注射法

以一定的壓力將低粘度、高強度的裂縫修補膠液注入裂縫腔內;此方法適用于0.1 mm≤w≤1.5 mm靜止的獨立裂縫、貫穿性裂縫以及蜂窩狀局部缺陷的補強和封閉。注射前,應按產品說明書的規定,對裂縫周邊進行密封。

4.3 壓力注漿法

在一定時間內,以較高壓力(按產品使用說明書確定)將修補裂縫用的注漿料壓入裂縫腔內;此法適用于處理大型結構貫穿性裂縫、大體積混凝土的蜂窩狀嚴重缺陷以及深而蜿蜒的裂縫。

4.4 填充密封法

在構件表面沿裂縫走向騎縫鑿出槽深和槽寬分別不小于20 mm和15 mm的U形溝槽,然后用改性環氧樹脂或彈性填縫材料充填(見圖1),并粘貼纖維復合材以封閉其表面;此法適用于處理w＞0.5 mm的活動裂縫和靜止裂縫。填充完畢后,其表面應做防護層。

4.5 結構加固法

當裂縫影響到水池結構的性能時,就要考慮采取加固法對水池結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法:加大混凝土結構的截面面積、在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固等。

5 結語

鋼筋混凝土水池裂縫的控制涉及設計、施工、原材料質量、混凝土配合比等諸多因素,需要綜合考慮。只要設計、施工、監理三方共同努力,裂縫完全可以控制在規范規定的范圍內。混凝土結構中裂縫的出現是不可避免的,應根據裂縫的形成原因和裂縫的現狀,采用相應的治理方法,確保工程竣工后的安全使用和美觀。

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