水利工程施工中的混凝土裂缝控制浅议

2015-05-28武奇

中国科技纵横 2015年9期

关键词：水利工程裂缝钢筋

武奇

(郸城县水利局,河南周口 477150)

水利工程施工中的混凝土裂缝控制浅议

武奇

(郸城县水利局,河南周口 477150)

在水利施工的过程中,裂缝是常见的问题。裂缝的出现不仅会影响到水工建筑物的正常使用,而且还会使得水工建筑物的抗渗能力大大降低,裂缝还能够导致钢筋的锈蚀,最终引起混凝土碳化,大大降低材料的使用寿命,使得水利建筑物的承载能力受到影响。因此,采取行之有效的措施来进行预防,最大限度的保障水利工程建筑物的构件的稳定性与安全性至关重要。本文通过寻找出现混凝土裂缝的原因,并寻求正确的解决措施,以加强混凝土裂缝的控制。

水利施工混凝土裂缝

混凝土是水利工程中，通常要用到的一种混合材料。由于混合材料有其自身的弊端，水利工程中的混合材料本身存在着均匀性较差、离散性较大的缺点，使得混凝土工程特别容易产生裂缝。混凝土产生裂缝后，不仅会造成钢筋的锈蚀、碳化，大大减弱了材料的耐久性，降低建筑的承载力，还会使得工程建筑的抗渗性能大大降低，影响其使用功能。基于裂缝的上述影响，必须要对裂缝产生的原因进行认真的研究与分析，对于裂缝的产生和发展采取适当的预防措施，从而保障整个工程建筑结构的安全与稳定。在进行水利施工的过程时，加强混凝土的施工管理工作，更好的保障混凝土的质量，从而降低水工建筑物的安全隐患。

1　水利工程中混凝土裂缝的危害

混凝土裂缝会使得建筑物结构的整体性遭到破坏。混凝土是水利工程主要的构成部分，一旦混凝土结构部分产生裂缝，很容易造成由于局部受力不均匀导致的整体结构变形。裂缝严重时，会造成结构的开裂，局部的开裂会导致整体的坍塌，最终给水利设施的运行带来不确定的风险。由于水利工程较为庞大，一旦出现裂缝，裂缝会迅速增大。一旦裂缝出现渗入情况，就会使得混凝土的碱度降低。碱度降低会使得混凝土支架的纯化膜遭到破坏。当水遇到空气时，钢筋很容易受到锈蚀，混凝土框架遭到破坏后，混凝土的牢固性就会遭到破坏，使得建筑变得外强中干，必然使得水利工程的寿命大大降低。

2　水利施工中的混凝土裂缝产生原因

2.1塑性收缩产生裂缝

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性裂缝多在新浇注的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，裂缝通常是中间较宽，两段细长。裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。

塑性裂缝产生的主要原因为:当新鲜混凝土表面水的蒸发速度大于混凝土的泌水速度时，水的蒸发面由表面深入到新鲜混凝土浆体表面以内，使蒸发面形成凹液面，凹液面产生的毛细管压力使固体颗粒之间产生引力。毛细管压力随时间的变化趋势可分为三个阶段:

在第一阶段，颗粒之间距离较大，形成的毛细管压力较小。进入第二阶段，颗粒之间的水形成弯液面而且曲率半径不断减小，毛细管压力也随之显著增大，并达到最大值，此时的毛细管压力称之为临界压力(或突破压力)。进入第三阶段，由于水泥水化的不断进行，混凝土表面的水不能填充所有空隙而呈非连续状态，毛细管压力随之迅速降低。通过试验，P值可达0.021MPa左右。这些颗粒之间的毛细管压力引起拉应力使固体颗粒凝聚而使混凝土表面收缩，当混凝土处于塑性状态时，混凝土表面抗拉强度很低，在P值大于混凝土表面的抗拉强度时，则产生塑性收缩裂缝。

2.2混凝土干缩产生裂缝

干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果，养护结束后，混凝土受到外部环境的影响，使得表面水分损失过快，变形较大，内部水分损失较少，变形较小。较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，从而产生较大的拉应力，导致裂缝的产生。在养护工作结束后的两个星期左右，通常就会有干缩裂缝出现。干缩型裂缝多为表面性的网状或平行线状浅细裂缝，宽度多在0.05-0.2mm之间，大体积混凝土中平面部位多见，在较薄的梁板中多沿其短向分布。

2.3温度裂缝

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，(当水泥用量在350-550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500-27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度达70℃左右甚至更高)。由于混凝士的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝士表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

2.4冻胀裂缝

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度可达30%-50%。温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多，吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大、振捣不密实，养护不力使混凝土早期受冻等，均可能导致混凝土冻胀裂缝。

2.5钢筋锈蚀引起的裂缝

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碳化至钢筋表面，是钢筋周围混凝土碱性降低，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，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反映，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增加约2-4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致混凝土保护层开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

2.6沉陷不均匀引起的裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致。或者由于模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致。特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝。其走向与沉陷情况有关。一般沿着与地面垂直或呈30—45°角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

3　水利施工中的混凝土裂缝控制

3.1根据气温条件制定施工预案

混凝土工程的施工过程中，首先要考虑到气温变化的影响。在施工过程中，首先要根据混凝土的浇筑温度的变化、当地的气候条件和气温变化制定施工方案。当遇到特殊情况，应对施工方案进行及时调整，为混凝土的质量提供保证。当在冬季进行施工时，混凝土入模温度要保持在10摄氏度以上，即时夏季施工，温度也一定不能超过20摄氏度。

3.2严格把控材料关

(1)严把原材料检验关。在拌制混凝土之前，必须按规定对水泥、粗细骨料、外加剂等进行检验复试，不合格的材料不得使用。(2)合理确定混凝土的配合比和塌落度。在混凝土配合比设计时，应全盘考虑，多用骨料，少用粉料，以减少裂缝产生。塌落度应适当控制，不宜过大，使用商品混凝土宜小于180mm，尽可能减少混凝土的流动性，应选用高等级低水化热的矿渣水泥，减少水泥用量和水化热。(3)严格控制混凝土掺合料掺量。混凝土掺合料的掺量比例应合理，以保证混凝土早期强度，提高混凝土的抗拉性能。控制混凝土水灰比，最大用水量应小于180kg/m3。(4)提高混凝土振捣质量。在配备混凝土运输车辆时，应充分考虑交通路况的影响，确保混凝土浇捣的连续性，减少施工冷缝。当混凝土浇捣中停歇时间过长时，应采取接浆处理等应急措施。

3.3优化施工预案

制定详细的可操作性混凝土施工方案。施工方案中应确定一次浇筑量、施工缝间距、施工工艺、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等，还应推算混凝土的初凝时间。一次浇筑长度由垂直施工缝分割，最好设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。确定浇筑时间的原则应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子，选择当天气温较低时浇筑。如果必须在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制混凝土入模温度。大体积泵送混凝土必须进行测温工作，从已有测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3.5d内产生，3d内温度可达到或接近最大温升，内外温差在20°C左右。同时，应合理确定拆模时间，防止过早拆模引起的混凝土损伤。