水利工程中大体积混凝土裂缝成因及预防措施
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摘要:在水利工程施工中,使用到大量的大体积混凝土,但是由于施工技术、原材料质量及外界环境等因素的影响,导致混凝土出现各式的裂缝,对水利建筑带来极大的危害。本文从水利工程中混凝土裂缝产生的原因进行分析,并提出应对裂缝的预防措施。
关键词:水利工程;混凝土;裂缝;成因及预防
1 前言
随着我国经济的快速稳定的发展,我国水利工程也得到飞速的前进;同时一些施工技术问题也逐渐呈现出来。例如,目前很多的大坝、水闸等水利工程中都使用了大体积混凝土,但由于混凝土的施工工艺、原材料质量及外界环境等因素,会产生一些裂缝。这些裂缝的存在,一方面会降低水工建筑物的抗渗能力,影响其结构的整体性;另一方面会导致水工建筑物内部碳化、钢筋的锈蚀,降低材料的耐久性,影响水工建筑物的承载能力,危及水工建筑物的结构的稳定性。因此,分析裂缝的成因,并认真讨论其预防措施,对水利工程建筑的应用有着重要的意义。
2 大体积混凝土裂缝产生的原因
2.1 施工工艺的原因
2.1.1 不当施工造成裂缝
由于在施工前,混凝土的搅拌和运输时间过长,使得水分过度蒸发掉,导致在混凝土上产生不规则的收缩裂缝。
在施工中,由于主要混凝土模板刚度不够,或者在施工时拆模过早,混凝土的强度明显不足,使得构件在自重或施工荷载压力下产生了裂缝。
2.1.2 振捣方式不当造成裂缝
由于混凝土坍落度比较大,凝结时间比较长,特别是在炎热的夏天,浇捣好的混凝土表面被太阳暴晒,水分很快蒸发,形成一层几毫米厚的“被子”,表面上看混凝土已凝结,但在其内部还远未达到初凝,甚至还能流动。这样的混凝土若不进行二次振捣和多次抹面,混凝土表面不可避免会出现裂缝。这样不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂,或造成混凝土砂浆大量向低处流淌致使混凝土产生不均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。
2.1.3 养护不当引发裂缝
浇筑混凝土后,初期养护工作管理不严,造成混凝土早期强度增长时失水,收缩量大,使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝;若表面不及时覆盖进行潮湿养护,表面水分迅速蒸发,很容易产生收缩裂缝。目前,许多施工现场在浇筑混凝土时都不能做到及时覆盖保温养护,一般总要等到最后一遍抹光结束后才覆盖,还有很多工地根本就不予覆盖,结果混凝土表面开裂。
2.2 施工原材料因素
在水利工程中通常使用的混凝土是指水泥混凝土,主要由水泥、水、砂石集料组成,其中水泥和水起胶凝作用;集料起骨架填充作用。如果水泥或集料出现问题,很容易产生裂缝。
(1)水泥
水泥出厂时强度不足,水泥过期或受潮,可导致混凝土强度不足,从而引起混凝土开裂;水泥安定性不合格,水泥中游离的超标的氧化钙在凝结过程中水化很慢,在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用,可破坏已硬化的水泥石,使混凝上抗拉强度下降。
(2)砂、石骨料等
砂石粒径太小、级配不良、孔隙率大,将导致水泥和拌和水用量增大,影响混凝土的强度,使混凝土的收缩加大。。砂石中通常含有各种有害物质,如云母、泥土、有机物、硫酸盐与硫化物等。这些物质一定程度上降低了集料与水泥石的粘附性。
2.3 外界环境因素
2.3.1 温度
混凝土在硬结过程中,由于水泥的水化作用,在初始几天产生大量的水化热,混凝土温度升高。而大体积混凝土结构一般较厚,导热不良,相对散热小,所以大量的热量聚集在结构内部;无论是温升阶段还是温降阶段,混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。因此,混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其它外部边界约束的共同作用,使混凝土内部产生压应力,混凝土表面产生拉应力。当这种应力超过了混凝土可以承受的抗拉强度时,就会产生裂缝。
2.3.2 钢筋被氧化
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足,混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面,使钢筋周围混凝土碱度降低,或由于氯化物介入,钢筋周围氯离子含量较高,均可引起钢筋表面氧化膜破坏,其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长了约2～4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,导致保护层混凝土开裂、剥离,沿钢筋纵向产生裂缝。
3 裂缝的预防措施
3.1 设计过程的措施
3.1.1 在设计过程中,可采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝对温升值,可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度控制的难度降低,这是大体积混凝土配合比选择的特殊性。
3.1.2 在原材料选择时,可选择强度等级C25-35内的水泥,用量最好不超过38kg/m;粗骨料选用5-25mm或5-40mm的石子,减少混凝土收缩;细骨料采用中、粗砂,控制含泥量小于1.5%;可适当使用掺合料及外加剂,国内当前用的掺合料主要是粉煤灰;使用的配筋尽可能采用小直径、小间距。
3.1.3 大体积混凝土工程施主前,应对施工阶段大体积混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩力进行验算,确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温峰值、内外温差不超过25℃,制订温控施工的技术措施。
3.2 施工过程的措施
3.2.1 混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方而的要求。当炎热季节浇筑大体积混凝土时,混凝土搅拌场站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施;当采用泵送混凝土施工时,混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车;必要时采取预冷骨料(水冷法、气冷法等)和加冰搅拌等;浇筑时间最好安排在低温季节或夜间,若在高温季节施工,则应采取减小混凝土温度回升的措施。
3.2.2 在混凝土浇筑过程中,应及时清除混凝土表面的泌水。
3.2.3 混凝土浇筑完毕后,应及时按量按技术措施的要求进行保温养护。保温养护措施,应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足温控指标的要求;保温养护的持续时间,应根据温度应力加以控制、确定,但不得少于15d;保温养护过程中,应保持混凝土表面的湿润,以提高混凝土块体承受外约束应力时的抗裂能力,达到防止或控制温度裂缝的目的;在大体积混凝土保温养护过程中,应对混凝土浇筑块体的里外温差和降温速度进行监测;不得采用强制、不均匀的降温措施;在大体积混凝土拆模后,应采取预防寒潮袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。
3.3 检测过程的措施
3.3.1 大体积混凝土的温控施工中,不仅要进行水泥水化热的测定,还需进行混凝土浇筑温度的监测,在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。
3.3.2 大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置。温度监测的布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半条轴线为测温区;在测温区内,温度监测的位置可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况及温控的要求确定;在基础平面半条对称轴线上,温度监测点的点位不宜少于4处;保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确定。
3.3.3 测温元件的安装位置应准确,固定牢固;其引出线应集中布置,并加以保护;混凝士浇筑过程中,下料时不得直接冲击测温元件及其引出线,振捣时,振捣器不得触及测温元件及其引出线。
4 总结
混凝土裂缝是水利建筑物结构中普遍存在的现象。裂缝的存在不仅降低了水利工程建筑的外部美观,另一方面会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,影响水利建筑物的承载能力。经过实际工程的检验,通过本文的预防措施,可以很好的减少裂缝的产生。在今后的水利工程中,需要继续采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现,以证水利工程建筑物的构件的安全、耐用。
参考文献
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[2]周志宏.浅谈水利工程钢筋混凝土施工技术[J].科技资讯,2010.6.
[3]张林钊,关朝辉.灌区水利工程混凝土裂缝成因及修补[J].水利科技与经济,2009.1.
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