对水工构筑物混凝土裂缝的探讨

2012-09-06 00:54闫红光
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:水工产生原因混凝土

闫红光

摘 要:基础贯穿裂缝是由于混凝土浇筑温度过高,当降到施工期的最低温度或降到水库运行期的稳定温度时,即产生基础温差,当其大于同龄期的混凝土抗拉强度时,就将产生混凝土裂缝,这种裂缝是混凝土的变形受外界约束而发生的,所以它整个断面均受拉应力,一旦发生,就形成贯穿性裂缝。

关键词:水工 混凝土 基础贯穿裂缝 产生原因

中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:

引言:水工混凝土表面裂缝产生的原因是混凝土自身的非线性温度场约束,或由于气温骤降,引起混凝土表面很大的降温和很陡的温度梯度,表层冷混凝土受内部热混疑土的约束,而产生的温度应力,当其温度应力大于混凝土同龄期的抗拉强度时,裂缝就会发生,但这类裂缝,如果不受其他因素继续影响,一般来说是不会形成深层裂缝或贯穿裂缝的。但基础贯穿裂缝则不同,它是由于混凝土浇筑温度过高,加上混凝土的水化热温升,形成混凝土的最高温度,当降到施工期的最低温度或降到水库运行期的稳定温度时,即产生基础温差,由这种均匀降温产生的温度应力,当其大于同龄期的混凝土抗拉强度时,就将产生混凝土裂缝,这种裂缝是混凝土的变形受外界约束而发生的,所以它整个断面均受拉应力,一旦发生,就形成贯穿性裂缝。

一、水工混凝土裂缝形成的原因分析

混凝土裂缝形成的原因非常复杂,往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计,施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右,材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右,设计不当引起的裂缝可能占5%。

1.浇筑温度高

在基础约束区的混凝土,由于浇筑温度高加上水泥水化热温升,形成最高温度,后期降温产生的温度应力过大,致使坝块开裂,产生基础贯穿裂缝。

2.基础块薄层长间歇

基础块薄层长间歇,是水工建筑物防裂的一大禁忌,第一它的高宽比小,内部降温,基础约束系数大,浇筑层薄早期就有内部降温存在。第二由于长间歇,在间歇期间,容易遭遇气温骤降,先产生表面裂缝,有了表面裂缝,再和内部降温的应力叠加,极容易发生贯穿性裂缝。

3.老混凝土约束产生的贯穿裂缝

在施工中由于某些特殊原因,建筑物混凝土块浇到某一高程,被迫停浇经过一段时间或一个冬季后再继续上升,这样原浇的混凝土坝块就成为老混凝土,老混凝土的弹性模量已很高,近于稳定值,内部温度已下降,对新浇上层混凝土产生约束,当上层降温,产生的温度应力,超过混凝土的抗拉强度时就可能出现裂缝,如果上层又有表面裂缝,就更可能产生贯穿性裂缝。

基础贯穿裂缝形成以后,如果长期暴露,在混凝土内部温度较高的情况下,又可能形成在垂直面和水平面上的非线性温度场。从而产生温度应力,促进基础贯穿裂缝继续向上发展。

4.基础贯穿裂缝的发生和发展

浇筑在基岩或老混凝土上的混凝土,在逐步降温的过程中,将产生体积收缩,但由于坝块是和基岩或老混凝土胶结在一起的,混凝土的收缩,受基岩或老混凝土的限制,因而,将产生拉应力。当其超过混凝土的极限抗拉强度时,就可能出现贯穿性裂缝。但混凝土的热传导性能差,由最高温度降至稳定温度的过程,是缓慢进行的,混凝土在降温过程中,由于块体的散热条件不同,浇筑时间不同,和外界气温变化等,在浇筑块的水平和垂直面上,必然要出现非线性温度场。特别是由于气温骤降,在混凝土块表层引起急剧的温降,形成很陡的温度梯度往往首先出现表面裂缝。如果这些表面裂缝,是出现在基岩面附近,由于内部降温产生的温度应力,将在这些裂缝的部位出现应力集中,逐步发展成基础贯穿裂缝。如果这些裂缝是出现在脱离基础约束范围以外,则在经历一个较长降温过程以后,由于内部的温度比较高,在混凝土块体内部,将形成梯度比较陡的非线性温度场,使表面裂缝向纵深发展。当然,正如第一节所谈到的表面裂缝并不是都会发展成贯穿性裂缝,这要根据裂缝部位和内部温度条件以及暴露条件等来决定。

5.约束系数的探讨

大体积混凝土的温度应力,是由于温度变形实际的坝块都是三向空间问题,而我们埋设的仪器多是单向或二向,在计算约束系数时,计算时段的选取,对温度场的分布和约束系数大小的影响很大。为反映实际出现的降温和约束情况,均取浇筑后第一个降温段的全过程为计算时段。同时也计算了多年降温段约束系数的平均值。在计算中是取降温为正,自生体积变形以收缩为正。

由于混凝土必须浇筑在基岩或老混凝土上,不但它们的初始温度条件不同,它们的热学、物理力学性能也有差别,混凝土的温度变形在基岩上要受到约束,因而,要产生温度应力。在混凝土内部由于水泥水化热的散发,外界气温变化,和混凝土弹模随龄期变化,上下层混凝土先后浇筑的时间不同,散热条件和水泥用量不同等原因,混凝土内将出现非线性温度变化和变形不一致的现象。因而,在混凝土内部即将出现温度应力。在基岩附近,基岩约束影响大,温度应力主要受基岩约束条件控制。在离开基岩稍远的部位,主要受混凝土内部非线性温度变化的约束条件控制,正如在“布拉茨克水电站坝块内裂缝的形成”一文中所指出的:“占多数的是垂直的表面裂缝,它们的产生主要由水平方向温度场的非线性分布所决定。垂直的内部裂缝主要由垂直方向温度场的非线性分布造成。并与坝块浇筑混凝土的长间歇期或较长间歇期有关”。另一值得注意的是:根据原型观测资料计算的约束系数,柱状浇筑块在连续浇筑的条件下,在基岩约束范围以外,约束系数仍然比较大。以往在计算温度控制条件时对这一因素注视不够。因此,在出现表面裂缝以后,往往发展为深层裂缝或使基础贯穿裂缝继续延伸,发展到浇筑块的上部。

二、水工混凝土裂缝常见修补方法

裂缝修补除了以恢复防水性和耐久性为主要目的外,也可从结构安全及美观角度出发而进行修补。在满足修补目的的前提下,还必须考虑经济性、明确修补范围及修补规模等。

1、充填法

此法适合于修补较宽的裂缝(裂缝宽度大于0.5mm)。具体做法是沿裂缝处凿U形或V形槽,槽顶宽约100m,在槽中充填密封材料。充填材料可用水泥砂浆、环氧砂浆、弹性环氧砂浆、聚合物水泥砂浆等。如果钢筋混凝土结构中钢筋已经锈蚀,则将混凝土凿除到能够充分处理已经生锈的钢筋部分,将钢筋除锈。然后进行防锈处理,再在槽中充填聚合物水泥砂浆或环氧树脂砂浆等材料。对于活缝,沿裂缝走向开一个U形槽,槽底垫一层与混凝土不粘的材料,再填充弹性嵌缝材料,使其与槽两侧粘结。这样嵌缝材料沿槽的整个宽度可自由变形,裂缝发生张拉变形时,不会把嵌缝材料拉开。

2、表面覆盖法

这是一种在微细裂缝(一般宽度小于0.2mm)的表面上涂膜,以提高其防水性及耐久性为目的的修补方法,分为涂覆裂缝部分及全部涂覆2种方法。这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部,对延伸裂缝难以控制其变化。表面覆盖法所用材料视修补目的及其建筑物所处环境不同而异,通常采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。施工时,首先用钢丝刷子将混凝土表面打毛、清除表面附着物,用水冲洗干净后充分干燥,然后用树脂充填混凝土表面的气孔,再用修补材料涂覆表面。

3、注入法

注入法分为压力注入法与真空吸入法2种。压力灌浆法适用于较深较细的裂缝,而真空注入法是利用真空泵使缝内形成真空,将浆材吸入缝内,该法适用于各种表面裂缝的修补。灌浆材料有水泥浆材、普通环氧浆材、弹性环氧浆材等。

猜你喜欢
水工产生原因混凝土
水工环地质灾害评估方法初探
浅谈商品混凝土使用控制技术措施
混凝土早期变形对其耐久性的影响
水工环的现状及实现水工环地质新突破的办法探究
自我修复的神奇混凝土
探究水工环地质勘察中的GPS、RTK的技术应用
混凝土
浅析企业劳资纠纷产生原因及化解对策
陪读现象产生原因及其利弊分析*
浅谈水工建筑地下结构抗震特点及方法