水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫預(yù)防與修補(bǔ)技術(shù)綜述

王勝群 孔令華

裂縫是水工混凝土澆筑物中最常見的一種病害,沒有發(fā)生裂縫的混凝土建筑物很少見,并且混凝土裂縫通常是許多種因素共同作用的結(jié)果。裂縫對(duì)水工建筑物造成的危害程度不一,嚴(yán)重的裂縫不僅危害建筑物的整體性和穩(wěn)定性,而且還會(huì)產(chǎn)生大量的漏水,使閘壩及其他水工建筑物的安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。另外,裂縫會(huì)引起其他病害的發(fā)生與發(fā)展,如滲漏溶蝕、環(huán)境水侵蝕、凍融破壞及鋼筋銹蝕等等。這些病害與裂縫形成惡性循環(huán),會(huì)對(duì)水工混凝土建筑物的耐久性產(chǎn)生很大的危害。

1 裂縫的成因及類型[1,2]

1.1 裂縫的成因

水工混凝土體積龐大,受自身和周圍介質(zhì)的影響,在濕度、溫度變化和周邊基礎(chǔ)約束的作用下,會(huì)產(chǎn)生很大的約束應(yīng)力,容易產(chǎn)生裂縫。但是引起裂縫的原因是非常復(fù)雜的,客觀誘發(fā)因素很多。一般來說,裂縫成因主要有以下幾個(gè)方面:1)施工材料不合格,混凝土原材料砂、石、含泥量超標(biāo);級(jí)配較差;水泥安定性存在問題,引起混凝土開裂并且嚴(yán)重影響其強(qiáng)度。2)施工質(zhì)量存在問題。在施工過程中,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足、脫模過早。需回填土的結(jié)構(gòu)未能及時(shí)回填、酷熱時(shí)施工表面水分蒸發(fā)過快、水泥用量過大、大體積混凝土澆筑未采用緩慢降溫等原因造成混凝土裂縫。3)溫差。水工建筑物混凝土體積大,澆筑過程中產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是內(nèi)外溫差。4)基礎(chǔ)不均勻沉降。解決方法有控制施工順序、減輕結(jié)構(gòu)自重、結(jié)構(gòu)形式合理等。單純提高結(jié)構(gòu)剛度來減小不均勻沉降,其結(jié)果是結(jié)構(gòu)自重增大,柔韌性變小,適應(yīng)不均勻沉降能力隨之減弱。在工程實(shí)踐中,避免不均勻沉降應(yīng)采取整體剛性抵抗變形,分縫和增強(qiáng)剛?cè)嵝詠磉m應(yīng)變形。5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。有些早期興建的工程,由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理論的局限,存在結(jié)構(gòu)形式和尺寸擬定不合理、空間各向剛度分配不協(xié)調(diào)等問題。另外一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的疏忽也可能造成裂縫。6)鋼筋銹蝕以及混凝土化學(xué)成分不協(xié)調(diào)造成的堿活性骨料反應(yīng)等,易形成裂縫。7)建筑物接口處處理不當(dāng)。8)管理、運(yùn)用不善。9)地震。

1.2 裂縫的類型

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度的變化、地基的不均勻沉降及其他原因引起的應(yīng)力和變形超過了混凝土的強(qiáng)度和抵抗變形的能力時(shí)將產(chǎn)生裂縫,裂縫按其產(chǎn)生的原因不同,可分為五類:1)沉陷裂縫。由地基的不均勻沉降引起,屬于貫穿性裂縫,縫寬受溫度變化影響較小,往往引起錯(cuò)距。2)干縮裂縫。由混凝土干縮引起,屬于表面性裂縫,走向縱橫交錯(cuò),無一定規(guī)律,形似龜紋,裂縫的寬度和長度都很小,如同發(fā)絲。3)溫度裂縫。由混凝土固結(jié)時(shí)的水化作用或外界溫度變化引起,裂縫可以是表層的、深層的或貫穿的。表層裂縫無一定走向,深層或貫穿性裂縫一般與主鋼筋方向平行或大致平行,沿裂縫方向無多大變化。裂縫受溫度變化影響,有較明顯的熱脹冷縮現(xiàn)象。4)應(yīng)力裂縫。由應(yīng)力過大引起,常屬于深層或貫穿性裂縫。走向與主鋼筋方向垂直或大致垂直,縫寬沿長度方向和深度方向變化較大。受溫度變化影響較小。5)施工裂縫。由于施工縫位置不當(dāng)或處理不完善引起,裂縫屬于深層或貫穿性的,走向與工作縫面一致。豎直施工縫開裂較大,一般大于0.5 mm,水平施工縫開裂較小。

2 裂縫的預(yù)控措施[3-6]

2.1 合理設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)尺寸

大量統(tǒng)計(jì)表明,其他條件相同時(shí),當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件尺寸小于10 m時(shí),很少出現(xiàn)裂縫;當(dāng)結(jié)構(gòu)最大尺寸介于15 m～18 m之間時(shí),一般在長邊中部出現(xiàn)一條裂縫;20 m～25 m時(shí),通常出現(xiàn)兩條裂縫,分別位于三分點(diǎn)上。也就是說,在一定范圍內(nèi),隨著結(jié)構(gòu)尺寸的增加,出現(xiàn)裂縫的幾率大幅度增加。

2.2 控制原材料

為了最大限度的控制混凝土的最高溫度,應(yīng)盡可能選擇發(fā)熱量低的中熱硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥。同時(shí),在滿足混凝土各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的條件下,盡量采用加大骨料粒徑、改善骨料配合比等措施來減小膠凝材料的用量,從而減小水化熱引起的混凝土的溫升。還應(yīng)該嚴(yán)格控制砂石骨料的泥塊含量、含泥量以及針片狀石子的含量,以提高混凝土的抗裂能力。

2.3 控制施工措施

施工過程中,需要注意以下幾點(diǎn):

盡可能的降低混凝土的入模溫度。在炎熱的夏季處于高溫地區(qū)澆混凝土?xí)r,首先應(yīng)將混凝土的骨料、砂和拌合水進(jìn)行降溫處理。砂、石料場搭設(shè)防曬棚,采用冰水拌和混凝土,使拌和后的混凝土入模溫度降低。保證施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的溫度控制。混凝土的澆筑溫度和最高溫升均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求,除采用中低熱水泥和減少水泥用量來控制溫升外,夏季施工時(shí)還可以用溫水、加冰和搭設(shè)涼棚等措施減小混凝土溫度。

3 裂縫的處理措施[4-8]

處理裂縫是為了恢復(fù)和加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性,保持混凝土的強(qiáng)度、耐久性以及延長建筑物的使用壽命。因此裂縫的處理必須與裂縫的類型、產(chǎn)生的原因、裂縫的寬度、深度及所在的位置等相對(duì)應(yīng),采取不同的處理措施。

裂縫的處理方法一般分為以下三大類。

3.1 表面處理法

表面處理法的目的是進(jìn)行縫口封閉,以防止?jié)B漏和鋼筋銹蝕,對(duì)于有抗沖耐磨要求的過流面裂縫,表面處理法可以增強(qiáng)抗沖耐磨能力。表面處理法包括沿縫口鑿槽嵌縫、貼橡皮法、設(shè)置防滲層(澆瀝青防滲層)、貼環(huán)氧玻璃絲以及高分子聚合物縫口浸漬等。

3.2 填充法

填充法是用修補(bǔ)材料直接填充裂縫,一般用來修補(bǔ)較寬的裂縫,如寬度小于0.3 mm,深度較淺的裂縫,或者縫中有填充物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫。該法多采取V形槽,然后作填充處理。其特點(diǎn)是作業(yè)簡單,費(fèi)用低。

3.3 注入法(灌漿法)

注入法主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體有影響或者有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)。注入法分壓力注入法與真空吸入法兩種。壓力注入法適用于較深較細(xì)裂縫,在水工建筑物裂縫修補(bǔ)中應(yīng)用較廣泛;真空吸入法則是用真空泵使縫內(nèi)形成真空,將漿材吸入縫內(nèi),該法適用于各種表面裂縫的修補(bǔ)。灌漿材料有水泥漿材、普通環(huán)氧漿材、彈性環(huán)氧漿材、彈性聚氨酯漿材、水熔性聚氨酯漿材等。

實(shí)踐證明,在對(duì)水工混凝土建筑物裂縫進(jìn)行調(diào)查與檢測、成因分析、危害評(píng)估的基礎(chǔ)上,采取相應(yīng)的修補(bǔ)措施,可以將病害控制在安全范圍內(nèi)。

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