淺論大型泵站防裂技術(shù)研究與實(shí)踐

趙小龍

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730900）

在泵站建設(shè)中，混凝土開(kāi)裂是一個(gè)難以避免的問(wèn)題。所以，對(duì)混凝土裂縫的治理技術(shù)進(jìn)行深入的研究，對(duì)于我國(guó)的泵站工程的建設(shè)有著十分重要的意義。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于混凝土裂縫治理已有一定的研究，而將防裂方法應(yīng)用于工程實(shí)踐中，已有較多的研究成果。但是，隨著我國(guó)水泵工程建設(shè)進(jìn)度和工程質(zhì)量要求的提高，目前關(guān)于水泵工程建設(shè)中裂縫治理的研究已經(jīng)無(wú)法滿足工程建設(shè)的要求。因此，在今后的泵站技術(shù)發(fā)展中，必須要加大對(duì)混凝土裂縫處理技術(shù)的重視與研究力度，并在研究的過(guò)程中，逐漸將混凝土裂縫處理列入到泵工程建設(shè)領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究課題，從而推動(dòng)我國(guó)泵站工程崗的建設(shè)質(zhì)量持續(xù)提升。

1 大型泵站混凝土裂縫類型

1.1 塑性收縮裂縫

混凝土生產(chǎn)時(shí)會(huì)加入很多水，在澆筑時(shí)，因操作者的不正確澆筑會(huì)造成混凝土大量的水分流失，從而引起混凝土的塑性收縮（塑縮） 開(kāi)裂。相對(duì)于土縮開(kāi)裂而言，塑性收縮開(kāi)裂是在混凝土未完全凝固前產(chǎn)生的。當(dāng)混凝土完全凝固后，在其表面產(chǎn)生裂紋時(shí)，可歸入土縮裂紋一類。澆筑時(shí)，如施工人員對(duì)外界環(huán)境的控制不夠嚴(yán)密，致使混凝土內(nèi)部、外壁受到日曬或長(zhǎng)時(shí)間大風(fēng)的吹拂，就會(huì)增加混凝土內(nèi)部、表面的水分蒸發(fā)，造成混凝土內(nèi)外荷載的差異，從而使混凝土受力不均，極易發(fā)生塑性收縮開(kāi)裂。在塑性收縮型裂縫中，裂縫呈中部寬、兩端窄的特點(diǎn)。若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或及時(shí)處理，不僅會(huì)對(duì)泵站工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，還會(huì)給以后的使用帶來(lái)安全隱患[1]。

1.2 溫差裂縫

水泥與水的混合物是組成混凝土的主體，在遇到水的時(shí)候，水泥會(huì)產(chǎn)生明顯的水化反應(yīng)，并產(chǎn)生巨大的熱量。混凝土在澆筑過(guò)程中，由于表層與內(nèi)層有較大的溫差，使其內(nèi)部與外部受力不均，從而就會(huì)產(chǎn)生溫差性裂縫。水泥在水化過(guò)程中，其表面會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。在水泥表層上的熱一接觸到空氣就會(huì)快速地散發(fā)。表層的溫度只需很短的一段時(shí)間就能降下來(lái)，而內(nèi)層的溫度則因?yàn)榭臻g的限制而變得比較聚集，不易散發(fā)。當(dāng)內(nèi)外溫差大于臨界點(diǎn)時(shí)，混凝土內(nèi)部和外部受力不能得到均勻分布，將產(chǎn)生臨界點(diǎn)開(kāi)裂。

1.3 干縮裂縫

混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫，一般是在養(yǎng)護(hù)工作15 d 內(nèi)。若水泵工程建設(shè)企業(yè)沒(méi)有專門(mén)的養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊(duì)對(duì)硬化混凝土進(jìn)行科學(xué)、合理的養(yǎng)護(hù)，就會(huì)很容易出現(xiàn)干縮開(kāi)裂現(xiàn)象。在復(fù)雜的混凝土施工環(huán)境中，由于受到強(qiáng)烈的自然因素的影響，如比較干燥的天氣，會(huì)造成混凝土內(nèi)部和外部的大量水分流失，從而使混凝土表面產(chǎn)生干縮裂縫[2]。如果水分流失太多，混凝土表面將承受很大的應(yīng)力，一旦受力不均勻，裂縫很可能就會(huì)產(chǎn)生。干縮裂縫以網(wǎng)絡(luò)裂紋為主。在水泵工程建設(shè)中，由于干縮裂縫的存在，會(huì)導(dǎo)致混凝土自身的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性等性能下降，從而影響到泵站工程的使用品質(zhì)，進(jìn)而影響到工程的整體使用壽命。

1.4 沉降裂縫

在混凝土建筑工程中，如遇特殊的地質(zhì)條件，會(huì)造成地基不均勻沉降。在建設(shè)施工時(shí)，由于地基比較松軟，而相關(guān)企業(yè)也沒(méi)有按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，安排專門(mén)的技術(shù)人員對(duì)軟地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚@就使得軟地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度受到影響，進(jìn)而引起地基沉降的問(wèn)題，這樣在澆筑混凝土的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)沉降裂縫。相對(duì)于其他裂隙而言，沉降裂縫的深度較大，裂縫的寬度與沉陷深度及沉陷方向成正比。

1.5 施工裂縫

就混凝土構(gòu)件而言，主要需要經(jīng)過(guò)生產(chǎn)、拆卸、運(yùn)輸、堆放、吊裝、使用、拆模等工序。大多數(shù)的施工工作都是手工操作，這很容易造成不同類型的縱裂、橫裂、斜裂和水平裂縫、貫穿裂縫等問(wèn)題。另外，混凝土構(gòu)件運(yùn)到工地后，工作人員并沒(méi)有把構(gòu)件堆放在指定的地方，而是胡亂擺放。在安裝時(shí)，未安排專門(mén)的人員正確地調(diào)整吊裝的位置。在安裝時(shí)，因路面條件差，振動(dòng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致混凝土構(gòu)件損傷，進(jìn)而影響到其在工程建設(shè)中的正常使用，進(jìn)而影響到工程的順利進(jìn)行。

2 泵站混凝土開(kāi)裂的防治技術(shù)

2.1 優(yōu)化泵站混凝土配比設(shè)計(jì)

2.1.1 選用適宜品種的水泥

對(duì)于泵站混凝土，建議采用水化溫度低、水化溫度均勻的水泥，如果條件允許，可以選擇礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥以及混合水泥。水泥的水化能量強(qiáng)度、密度與水泥的組成、細(xì)度、顆粒大小密切相關(guān)[3]。在水泥熟料中，二氧化硅具有更快的水化速度和更大的水化率；C3A 的水化速度和C3A 的水解速度都是最快的；混凝土的水化程度隨混凝土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。在熱密度大的情況下，裂紋會(huì)比較大，而且比較嚴(yán)重；混凝土顆粒級(jí)配緊密，粒徑大、細(xì)的混凝土體系不易形成連續(xù)均勻的混合體，造成了其抗張性能較低。因此，在嚴(yán)格控制水化溫度的同時(shí)，還需要對(duì)水泥的成分和物理性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，從而確定混凝土的適用范圍。

2.1.2 增加粉煤灰摻量，使用高效減水劑

在混凝土中加入粉煤灰，不僅可以改善其工作性能、泵送性、抗?jié)B性，而且還可以減少水漬化現(xiàn)象，使混凝土表面得到改善，并對(duì)其抗壓性能起到很大的作用；特別是對(duì)于混凝土的防裂有著極大的幫助。

實(shí)驗(yàn)表明，在相同質(zhì)量的水泥中加入10 kg 以上的粉煤灰，可使混凝土的溫度下降1 ℃。因此，通過(guò)在混凝土中摻入大量粉煤灰，可以達(dá)到減少水泥用量、減小黏結(jié)劑材料水化速率的目的。

2.1.3 摻入有膨脹劑組分的外加劑

通過(guò)添加微量膨脹劑來(lái)彌補(bǔ)混凝土的局部收縮，達(dá)到控制溫差的目的。以U 型膨脹劑（United Expansing Agent，UEA） 為例，在補(bǔ)縮混凝土中加入10%～12%的膨脹劑時(shí)，其膨脹極限值為0.02%～0.04%。并有0.7 MPa 的預(yù)應(yīng)力，可有效地抵消混凝土在硬化階段所引起的拉伸應(yīng)力和收縮應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)了混凝土不開(kāi)裂或少開(kāi)裂的目的。

2.2 出現(xiàn)裂縫后的處理方法

2.2.1 表面修補(bǔ)法（表面修復(fù)法）

該方法尤其適合于在不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及承載力的情況下，對(duì)表層及深層裂縫進(jìn)行處理。一種常用的辦法就是用水泥砂漿、環(huán)氧樹(shù)脂灌漿，或者用油漆、瀝青和其他防腐蝕物質(zhì)來(lái)修補(bǔ)裂縫。一般可利用粘合劑等裂縫處理的方法進(jìn)行表面處理。

2.2.2 嵌縫法

嵌縫法是一種最常見(jiàn)的修補(bǔ)裂縫的方法，通常是沿裂縫開(kāi)槽，然后在溝槽內(nèi)注入塑料或硬水來(lái)修補(bǔ)裂縫。常見(jiàn)的塑料原料有：PVC 膠粘劑、樹(shù)脂軟膏、丁基橡膠；最常見(jiàn)的硬質(zhì)防水材料為聚合體物泥漿[4]。

2.2.3 結(jié)構(gòu)加固法

在混凝土結(jié)構(gòu)中，如果出現(xiàn)了裂縫，將會(huì)對(duì)其性能造成一定的破壞，因此可以采用結(jié)構(gòu)加固法對(duì)其進(jìn)行加固。對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的方法有：增大截面面積、在構(gòu)件的拐角上包鋼、預(yù)應(yīng)力加固、鋼板粘接、加支筋、噴漿加固等。

2.2.4 混凝土替代法（置換法）

混凝土替代法是一種對(duì)損傷較大的混凝土進(jìn)行修復(fù)的有效手段，但首先要將損傷的混凝土去除，然后再用新的混凝土或其他材料替代。目前，最常見(jiàn)的替代物有：普通混凝土或水泥砂漿，聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

3 大型泵站混凝土防裂保障措施

3.1 施工設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)建筑界普遍采用C40～C50 級(jí)的大體積混凝土，具有較高的強(qiáng)度，可用于高層建筑施工。若超出此值，或配制過(guò)程中未掌握好配比，則會(huì)造成混凝土內(nèi)水含量超標(biāo)，使水化反應(yīng)強(qiáng)度增加。當(dāng)水化作用越來(lái)越強(qiáng)烈時(shí)，水泥中將會(huì)釋放出大量的熱量。如泵站混凝土因內(nèi)部溫度未得到有效控制，與外界溫差大于35 ℃，就會(huì)因內(nèi)應(yīng)力分布不均，導(dǎo)致其表層開(kāi)裂。為此，工程建設(shè)單位必須根據(jù)泵站工程建設(shè)需要及建筑物功能需要，選用最適合的混凝土等級(jí)，在施工前要做好整體設(shè)計(jì)。

另外，對(duì)于大體積混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作人員需要進(jìn)行如下工作：一是選用高質(zhì)量的鋼筋，并將它們放置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｔ诠こ探ㄔO(shè)中，除選用高強(qiáng)鋼筋外，還應(yīng)對(duì)工程中的鋼筋存放位置進(jìn)行合理配置。不同的位置布置，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響是不一樣的。當(dāng)放置不當(dāng)時(shí)，會(huì)引起混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。在選用鋼筋時(shí)，要保證其直徑不得大于14 mm，并且鋼筋之間的間隔為120 mm。保證在整個(gè)工程結(jié)構(gòu)中，鋼筋的配置率在99.7%以上，整體配筋率在99.5%以上。二是工作人員要對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，在勘察資料的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)。若建筑地基為巖體，應(yīng)在混凝土內(nèi)墊層上加設(shè)滑動(dòng)構(gòu)造，可采用一氈二油或者一氈一油的形式。若施工場(chǎng)地土質(zhì)松軟，則應(yīng)首先對(duì)軟弱土層進(jìn)行硬化，然后再澆筑混凝土。三是在混凝土澆筑完畢后，角部和孔部的強(qiáng)度通常低于其他部位，為了保證兩種內(nèi)層結(jié)構(gòu)在斷面上不發(fā)生突變，可增加鋼筋使兩種內(nèi)層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到增強(qiáng)。在工程實(shí)踐中，由于混凝土的用量較大，且混凝土的鋪裝面積較大，因此，不能在混凝土澆筑時(shí)設(shè)置施工縫、變形縫。但在澆筑完畢后，工作人員可對(duì)施工縫進(jìn)行微調(diào)，既可減輕混凝土凝固時(shí)的受力，又可保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響質(zhì)量的小變形。

3.2 施工方式及其注意事項(xiàng)

在具體工程實(shí)踐中，工作人員要根據(jù)混凝土自身特點(diǎn)及貯存特點(diǎn)，合理選用原材料，制訂出一套完整的運(yùn)輸及施工方案。通常情況下，因貨車在運(yùn)輸時(shí)的顛簸，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)有細(xì)微的改變。對(duì)此可選擇離施工地點(diǎn)最近的混凝土工廠進(jìn)行采購(gòu)，這樣既能縮短運(yùn)送時(shí)間，又能保證混凝土材料的質(zhì)量。在配制混凝土?xí)r，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)器，使其均勻地振搗，確保混凝土內(nèi)部不產(chǎn)生蜂窩。另外，在拆模前，必須保證混凝土已完全固化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)已穩(wěn)定，且在拆模前，內(nèi)部、外部溫差不超過(guò)15 ℃。拆模時(shí)，要在混凝土表面灑上膨脹劑、細(xì)礦物粉末，合理安排施工時(shí)間，使其快速拆模。為了對(duì)混凝土進(jìn)行內(nèi)部降溫，可以在尚未凝固好的大體積混凝土中設(shè)置水管，然后向水管中注入冷水，使其內(nèi)部溫度下降，以起到預(yù)防裂縫的作用。

3.3 進(jìn)行科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)

3.3.1 保持溫度穩(wěn)定

施工人員在進(jìn)行泵站混凝土防裂時(shí)，應(yīng)注意控制好混凝土內(nèi)外的溫差，以避免混凝土表層產(chǎn)生裂縫。一般情況下，在混凝土澆筑完畢后，與混凝土內(nèi)部的溫度相比，施工環(huán)境中的溫度要低一些，因此，要求工作人員能夠有效地控制內(nèi)部、外部溫差，保證其溫度變化不超過(guò)20 ℃。即便是混凝土已經(jīng)完全固化，本身的硬度和抗裂性都很好，但工作人員還是需要把混凝土的內(nèi)部、外部溫差控制在35 ℃以內(nèi)，這才可以確保混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面的強(qiáng)度穩(wěn)定，才可以防止在后期使用過(guò)程中產(chǎn)生裂縫。在進(jìn)行降溫作業(yè)時(shí)，工作人員可根據(jù)需要，選擇內(nèi)部降溫法。由此可見(jiàn)，要提高大型泵站混凝土的澆筑質(zhì)量，就必須把內(nèi)部和外部的溫差控制在規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。

3.3.2 做好保溫措施

通常，內(nèi)部和外部溫差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。因此，施工人員在澆筑完畢后，必須對(duì)周圍的溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲拍苡行У乇苊饣炷帘砻娈a(chǎn)生裂縫。在混凝土澆筑完畢后，可在其表面覆蓋一層保溫薄膜層，以減緩其內(nèi)部溫度冷卻速率。工作人員應(yīng)依據(jù)其自身技術(shù)指標(biāo)及建筑用途，選用適當(dāng)?shù)谋夭牧稀１乇∧拥暮穸纫刂圃谝粋€(gè)合理的范圍之內(nèi)。若其厚度過(guò)厚或過(guò)薄，都會(huì)影響其自身的降溫速率。當(dāng)速度不均勻時(shí)，將使混凝土內(nèi)部和外部的溫差增大，從而引起混凝土的裂縫。通過(guò)對(duì)內(nèi)部和外部溫度的控制，可以保證內(nèi)部和外部溫度的均勻性。若采用較厚的絕熱層，則會(huì)使混凝土表層溫度比其內(nèi)部溫度低，從而引起熱應(yīng)力不均勻，甚至產(chǎn)生表層裂縫。若層厚過(guò)大，則會(huì)使其內(nèi)部溫度比外界溫度高。如果混凝土中的溫度太高，則會(huì)降低其自身的強(qiáng)度，從而使其產(chǎn)生裂縫的概率增大。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在泵站施工中，混凝土裂縫治理問(wèn)題的研究，對(duì)整個(gè)泵站施工質(zhì)量和未來(lái)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。但是，由于造成混凝土裂縫的原因是多方面的，而且在國(guó)內(nèi)的泵站工程中，對(duì)混凝土裂縫的處理也沒(méi)有深入的研究，因此在實(shí)踐中很難得到應(yīng)用。所以，在未來(lái)的泵站工程發(fā)展過(guò)程中，必須要強(qiáng)化對(duì)泵站工程混凝土裂縫處理的研究，而且要從裂縫的多個(gè)成因出發(fā)，探索出更好、更有效的對(duì)泵站工程裂縫進(jìn)行處理的方法和措施。