水工涵閘混凝土結構裂縫成因分析

【摘要】本文主要從水工涵閘混凝土結構概述、裂縫的危害、水工涵閘墩墻混凝土結構裂縫成因以及水工涵閘混凝土裂縫的控制等方面內容進行了全面的闡述。

【關鍵詞】水工涵閘；混凝土；裂縫

一、前言

水工涵閘混凝土應用越來越廣泛，水工涵閘混凝土結構裂縫的危害非常大，本文就該部分內容進行了探討。

二、水工涵閘混凝土結構概述

水工涵閘的裂縫發生的主要部位在底板和墩墻上。水工涵閘棍凝土裂縫形成的主要原因有：建筑物結構設計不周引起的裂縫：基礎處理不善引起的裂縫；結構型式復雜，分縫分塊過長引起的裂縫：混凝土的溫度變化引起的裂縫：施工質量控制不嚴引起的裂縫；運行期間，由于超載等原因出現裂縫。當底板混凝土修建在軟土地基或彈性模量較小的地基上時，底板所受到的外部約束比較小，其裂縫的產生是由于自身的體積變化引起的，主要是由于溫度的變化引起的。

工涵閘混凝土墩墻結構經常出現“上不著頂，下不著底”的“棗核形”裂縫現象，像湖北荊江分洪北閘的閘墩、石梁河新泄洪閘的閘墩的裂縫，都是這種形式的裂縫。以某縣為例曾出現過類似的裂縫，裂縫通常發生在施工期間的混凝土的表面，隨后裂縫繼續向內部深進，由于水工涵閘的墩墻較窄（一般只有1口左右），裂縫很容易貫穿整個墩墻，形成貫穿性的危害性很大的裂縫，貫穿裂縫多發生在澆筑后2-3個月或更長時間.縫寬受外界環境溫度的變化影響較明顯，冬季較寬，夏季較細。沿截面高度方向，裂縫大多呈中間寬兩端窄的“棗核形”。從混凝土表面看，裂縫底部通常是豎直的，而頂部則向兩邊傾斜。

三、裂縫的危害

1、裂縫影響結構的整體性

當結構出現貫穿性裂縫以后， 要恢復結構的整體性是很困難的。裂縫開展得很寬將預示著結構臨近破壞， 并且可能伴隨著混凝土剝落。剪切裂縫多產生于靠近支座或大的集中荷載附近， 早期的溫度裂縫直接影響到鋼筋混凝土構件的完整性。當裂縫影響了剪應力的傳遞時， 它會影響到結構的安全。大多數裂縫并不會危及結構的安全， 但它們可能發展， 并引起嚴重的后果。

2、裂縫導致結構使用功能上不正常

對堆石壩混凝土面板而言， 由外部環境產生的早期溫度裂縫往往貫穿整個截面厚度， 這樣會引起滲漏。對擋水建筑物來說， 裂縫滲漏水會嚴重影響建筑物的使用功能， 即使水量的損失本身并不嚴重， 但裂縫的

存在往往會限制蓄水位。

3、裂縫會影響結構的耐久性

所有現行的標準和規范都把限制裂縫的寬度作為一項耐久性指標。橫向裂縫通常是指垂直于受拉鋼筋方向的裂縫， 一般由外荷載引起。為了結構耐久性的要求和結構的美觀， 各國設計規范中對裂縫寬度均作了限制。在較寬的裂縫處， 如果有水和氧氣侵入， 鋼筋首先發生個別點的坑蝕， 繼而逐漸形成 “環蝕”；同時向縫兩側擴展， 形成銹蝕面。這種鋼筋局部斷面削弱發展比普通性銹蝕要快， 特別是預應力混凝土結構，局部銹蝕具有很高的危害性。因為單根鋼絲斷面小，高應力及高強鋼材的變形性能較差， 很可能發生突然斷裂。因鋼筋全面銹蝕引起混凝土結構的順筋向開裂對結構的危害性更大， 是目前影響結構耐久性的主要危險， 具有一定厚度且密實的保護層， 對防止混凝土順筋向開裂至關重要。鋼筋表面生銹時， 其體積要膨脹， 在膨脹壓力作用下混凝土保護層會因擠壓而剝落，如果沒有了保護層， 鋼筋更容易銹蝕， 這對耐久性是很不利的。

四、水工涵閘墩墻混凝土結構裂縫成因

1、水化熱

水泥遇水會發生大量的水化熱量，而混凝土的導熱性能較差，導致了大量熱量集聚在混凝土的內部，混凝土溫度升高。由于混凝土內外條件的不同，散熱情況有所差異，外部散熱快，內部散熱慢，受物體熱脹冷縮特性和外部約束條件的影響，混凝土內外會產生溫度應力，外拉內壓，當溫度應力超過混凝土的承受極限時，其表面就會有溫度裂縫的產生。

2、混凝土環境與澆筑溫度

環境溫度對混凝土施工的影響十分明顯，高溫時期不能進行混凝土澆筑施工?；炷潦┕ぶ械沫h境溫度影響其澆筑后混凝土的內部溫度，加大溫度梯度，升高混凝土的溫度應力，加速混凝土結構的開裂進程。

3、約束條件

混凝土結構自施工之后就會受到外界不同條件的約束，水工涵閘墩墻混凝土結構的底板或基礎約束閘墩，產生約束力，混凝土閘墩變形受約束力的作用，進而產生壓應力，后期隨壓應力松弛和溫度應力的產生，溫度應變受到底板的強約束，混凝土閘墩就會出現拉應力，此應力一旦超過混凝土的承受極限，便會開裂。

4、混凝土收縮

混凝土在膠結硬化的過程中會散發一定的水分，混凝土失水必然導致其體積收縮，如混凝土收縮受到內外約束力的作用，就會導致其自身開裂?；炷量s水收縮過程一般是可逆的，在實際計算溫度裂縫的過程中，常講混凝土收縮值等量替換為相對應的溫度值，也就是“收縮當量溫差”?；炷了饔靡矔a生自收縮，自身收縮值較小，但其與溫度收縮“縮水收縮、塑性收縮等相疊加就會加速混凝土開裂的速率。

5、其他混凝土開裂的因素

包括其他因素：混凝土徐變、混凝土體積因素等。

五、水工涵閘混凝土裂縫的控制

1、混凝土材料

優先使用低熱和中熱水泥；優先選用熱學性能好的骨料：粗骨料占混凝土組成比例為 89%以上，因此，混凝土的熱學性能在很大程度上取決于粗骨料的礦物性質；優先選用熱學性能好的骨料是混凝土溫度控制的治本措施之一；減少混凝土水泥用量。

2、混凝土澆筑時間的選擇

避開高溫季節施工， 混凝土的水化反應是放熱反應， 而混凝土又是導熱不良體， 混凝土內部的熱量很難散發出去， 如果在高溫季節施工， 外部的環境溫度很高， 不利于混凝土的散熱， 在混凝土的初期還可能出現混凝土吸收外界環境的熱量， 這樣在混凝土的內部產生很高的溫度， 不能滿足溫度控制的要求， 所以混凝土的施工應避開高溫時施工。避開嚴寒季節施工， 寒冷的冬季減緩了水泥的水化作用， 增加了新澆混凝土的凝固時間。

3、施加鋼筋預壓應力

混凝土的抗拉強度很低。因此， 在鋼筋混凝土結構中， 是用鋼筋來代替混凝土承受拉力的。但是， 混凝土極限拉應變也很小， 每米僅能伸長0.1～0.15mm， 再伸長就要出現裂縫。如果要求鋼筋混凝土結構在使用時不開裂， 則鋼筋的拉應力只能達到 20～30MPa； 即使允許開裂，當裂縫寬度限制在 0.2～0.25mm 以內時， 鋼筋的拉應力只能達到150～250MPa 左右。

4、降低混凝土的溫度

降低混凝土的澆筑溫度， 降低混凝土澆筑溫度的方法主要有：降低拌和用水的溫度、對骨料進行預冷和運輸中避免吸收外界熱量。冷卻拌和水和在拌和時摻加冰屑， 是預冷混凝土最簡易的方法。水管冷卻技術， 水管冷卻通常應用于大壩混凝土中， 在水工涵閘混凝土量不是很大的情況下較少采用， 但是由于其顯著的降溫效果仍不失為一種有效的溫控防裂措施。它通過降低混凝土的峰值來減小混凝土的基礎溫差和降低混凝土的內表溫差。

六、結束語

加強對水工涵閘混凝土結構裂縫成因的分析，可以更好的對其進行預防，使工程整體的質量更完善。

參考文獻

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