淺析水利工程中混凝土裂縫的成因與防治
摘要：在許多水利工程建筑物中，混凝土的裂縫問題是一個(gè)普遍存在而又難以解決的工程實(shí)際問題，對水利工程中常見的混凝土裂縫的成因進(jìn)行了探討分析，并有針對性地提出了一些防治措施。
關(guān)鍵詞：水利工程建筑物;混凝土裂縫;防治措施
1、引言
在許多的重力壩、水閘、渡槽、涵洞水利工程中，由于混凝土的施工和本身變形、約束等一系列因素，均產(chǎn)生大量的表面裂縫和貫穿性裂縫。因?yàn)榱芽p的存在和發(fā)展，破壞了水工建筑物結(jié)構(gòu)的整體性，影響了水工建筑物的結(jié)構(gòu)受力狀況與穩(wěn)定，給水工建筑物結(jié)構(gòu)的運(yùn)行事帶來不確定性，而且易導(dǎo)致水工建筑物內(nèi)部與鋼筋銹蝕，降低水工建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至?xí)饾B透變形，危及水工建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由此可見，分析裂縫的成因，探討防治措施，對水利工程建筑物的應(yīng)用有著極其重要的意義。
當(dāng)然，引起水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的。但是，歸納起來可分為荷載作用引起的裂縫和非荷載引起的裂縫兩類。本文對這兩類因素進(jìn)行了分析，并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對在施工中進(jìn)行預(yù)防的措施，供參考。
2、荷載作用引起的裂縫
2.1水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)在使用荷載作用下，由于截面的混凝土拉應(yīng)變大多是大于混凝土極限拉伸值的，所以構(gòu)件在使用時(shí)總是帶縫工作的。這類裂縫總是與主拉應(yīng)力方向大致垂直，且最先在荷載效應(yīng)最大處產(chǎn)生。如果荷載效應(yīng)相同，裂縫首先在混凝土抗拉能力最薄弱處產(chǎn)生。
2.2預(yù)防荷載作用引起的裂縫的措施是合理的配筋。在施工過程中，選用混凝土粘結(jié)較好的變形鋼筋，控制鋼筋的應(yīng)力不過高，鋼筋的直徑不過粗，并用鋼筋不在混凝土中分布比較均勻。這樣就能較好地控制正常使用條件下裂縫寬度，不致過寬。
3、非荷載引起的裂縫
在水工建筑物混凝土物件中，大部份縫是由非荷載因素引起的，如溫度變化、混凝土收縮、基礎(chǔ)不勻沉降、塑性坍落、鋼筋銹蝕、堿—骨科化學(xué)反應(yīng)等等。
3.1溫度變化引起的裂縫
3.1.1水工建筑結(jié)構(gòu)件隨著溫度的變化而產(chǎn)生變形，即通常所說的熱脹冷縮。當(dāng)變形受到約束時(shí)，便產(chǎn)生了裂縫，約束的程度越大，裂縫就越寬。
預(yù)防熱脹冷縮的措施：一是撤去約束，允許自由的產(chǎn)生變形;二是設(shè)置伸縮縫。
3.1.2水泥和水所引起化學(xué)反應(yīng)引起裂縫。大體積混凝土開列的主要原因之一，是由于混凝土在硬化過程中，水泥和水起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的水化熱引起混凝土的溫度上升，如果熱量不能很快散失，內(nèi)部和外部溫差過大，就將產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部受壓，外部受拉。混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉強(qiáng)度，如果由內(nèi)外溫度差引起的拉應(yīng)力超過混凝土早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。
防止這類裂縫產(chǎn)生的措施是：①盡量選用低熱或中熱降低泥礦渣水泥、粉煤灰水泥;②減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m2以下;③降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下;④改善骨科級配，摻加粉煤灰或高效減少水劑等來減少水泥用量，降低水化熱;⑤改善混凝土的攪拌工藝，采用“二次風(fēng)冷”新工藝降低混凝土的澆筑溫度;⑥在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌和物的流動(dòng)性、保水性，降低水熱化，推遲熱峰出現(xiàn)的時(shí)間;⑦合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束;⑧在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通過冷水或冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)部溫差;⑨加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控，及時(shí)采取冷卻保護(hù)措施;⑩加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證混凝土表現(xiàn)緩慢冷卻，在寒冷季節(jié)，混凝土兩面必須采取保溫措施，以防寒潮襲擊。
3.1.3構(gòu)件硬化成型后，在使用中，如果溫度較大，構(gòu)件內(nèi)部溫度梯度就極大，也會(huì)引起構(gòu)件開裂。
3.1.4預(yù)防產(chǎn)生比類裂縫的措施是：采用隔熱(或保溫)措施，盡量減少構(gòu)件內(nèi)部溫度梯度，在配筋時(shí)應(yīng)考慮溫度力的影響。
3.2混凝土收縮引起的裂縫
3.2.1混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積要縮小，產(chǎn)生收縮變形，當(dāng)受到約束時(shí)，就可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。
3.2.2在配筋率較高的構(gòu)件中，由于鋼筋對周圍混凝土的約束作用增強(qiáng)，混凝土的收縮也會(huì)受到鋼筋的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起構(gòu)件局部裂縫。
3.2.3新老混凝土界面容易產(chǎn)生收縮裂縫。
3.2.4防止和減少收縮裂縫的措施：①合理設(shè)置收縮縫;②改善水泥土性能，降低水灰比，減少水泥用量;③配筋率不宜過高，設(shè)置構(gòu)造鋼筋收縮裂縫健分布均勻，避免發(fā)生集中的大裂縫;④加強(qiáng)混凝土的時(shí)期養(yǎng)護(hù)，并適應(yīng)當(dāng)延長混凝土保溫覆蓋時(shí)間，并涂刷養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。
3.3混凝土塑性坍落引起的裂縫
3.3.1混凝土塑性坍落發(fā)生在混凝土澆筑后的頭幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，這時(shí)混凝土還處于塑性狀態(tài)，如果混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，在重力作用下混合料中的固體顆粒有向下沉移而水向上浮動(dòng)的傾向。這種移動(dòng)當(dāng)受到鋼筋骨架或者模板約束時(shí)，在上部就容易形成沿鋼筋長度方向的裂縫。
3.3.2預(yù)防措施是：①要仔細(xì)選擇集料的配級，做好混凝土的配合比設(shè)計(jì)，特別是要控制水灰比，采用適量的減水劑;②施工時(shí)混凝土既不能漏振也不能過振，避免混凝土泌水現(xiàn)象的發(fā)生，防止模板沉陷;③如果發(fā)生這類裂縫，可在混凝土終凝以前重新抹面壓光，使裂縫閉合。
3.4基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫
3.4.1基礎(chǔ)不均勻沉降，使超靜結(jié)構(gòu)受迫，從而導(dǎo)致裂縫。
3.4.2防止基礎(chǔ)不均勻引起裂縫的措施是：根據(jù)地基條件及上部結(jié)構(gòu)形式，采用合理的構(gòu)造措施及設(shè)置沉降縫。
3.5冰凍引起的裂縫
3.5.1水在結(jié)冰過程中，荷重要增加，因此，水在設(shè)灌漿或灌漿不飽滿的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件孔道中結(jié)冰，就可以產(chǎn)生沿著孔道方向的縱向裂縫。
3.5.2預(yù)防冰凍裂縫的措施：在建筑物基礎(chǔ)梁下填一定厚度的松散材料(爐渣)。
3.6鋼筋銹蝕引起的裂縫
3.6.1原因：鋼筋的生銹過程實(shí)際上是電化學(xué)反應(yīng)過程，這種效應(yīng)可在鋼筋周圍的混凝土中產(chǎn)生脹拉應(yīng)力，如果混凝土的保護(hù)層比較薄，不是以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)沿著鋼筋形成一條順筋裂縫。順筋裂縫一旦產(chǎn)生，又進(jìn)一步促進(jìn)鋼筋銹蝕程度的增加，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，甚至鋼筋銹斷。這種順筋裂縫對結(jié)構(gòu)的耐久性影響最大
3.6.2預(yù)防措施：防止順筋裂縫的措施是提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性，適當(dāng)加大保護(hù)層的厚度。
3.7堿——骨科化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫
3.7.1原因和分析：堿——骨科反應(yīng)是指混凝土孔隙中水泥的堿性溶液與活性骨科(含活性Si02)化學(xué)反應(yīng)，生成堿——硅酸凝膠，堿硅膠溫水后可產(chǎn)生膨脹，使混凝土脹裂，開始時(shí)在混凝土表面形成不規(guī)則的細(xì)小裂縫，然后由表及里地發(fā)展，裂縫中充滿了白色深沉。
3.7.2預(yù)防措施：堿——骨科化學(xué)反應(yīng)對結(jié)構(gòu)件的耐久性影響極大，為了控制堿——骨科的化學(xué)反應(yīng)速度應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)骨科和低含堿量水泥，并提高混凝土的密實(shí)度和采用較低的水灰比。
4、結(jié)束語
裂縫是水利建筑物混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低水利建筑物的抗?jié)B能力，影響水利建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響水利建筑物的承載能力。所以，必須對混凝土裂縫進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，區(qū)別對待，在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，以保證水利工程建筑物的構(gòu)件的安全、穩(wěn)定、經(jīng)久、耐用。
參考文獻(xiàn)
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