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水利工程中混凝土裂缝渗透成因及其预防措施

0127水利工程2021-07-15 10:57:28


水利工程中混凝土裂缝渗透成因及其预防措施

 1 前言

  随着我国社会经济水平的不断提高,水利水电工程建设在规模上、数量上都达到了建国以来的最高水平;由于混凝土本身为透水介质,因而在水利工程中发生渗漏的情况是不可避免的。由于渗漏的作用,使得有压水渗入混凝土结构内部,这种现象不仅会降低水工建筑物的抗渗能力,而且会引起钢筋的锈蚀,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。所以分析裂缝的成因,探讨防治措施,对水利工程建筑物的应用有着极其重要的意义。本文详细进行了裂缝渗透产生的原因,并根据实践经验提出在施工中的预防措施及新工艺新技术。

  2 混凝土渗透裂缝类型

  混凝土是多相复合脆性材料,当混凝土的拉应力大于其抗拉强度,或拉伸变形大于其极限变形时,混凝土就会产生裂缝。

  按位置不同,裂缝可分为表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。

  按其开度变化可分为死缝、活缝、增长缝。

  按其产生原因可分为沉陷缝、干缩缝、温度缝、应力缝和施工缝。

  3 裂缝成缝原因及预防措施

  3.1 温度变化引起的裂缝

  裂缝的成因:由于混凝土在硬化过程中,水泥和水起化学反应,产生大量的水化热引起混凝土的温度上升,如果热量不能很快散失,内部和外部温差过大,就将产生温度应力,使结构内部受压,外部受拉。混凝土在硬化初期,只有很低的抗拉强度,如果由内外温度差引起的拉应力超过混凝土早期抗拉强度时,混凝土就要产生裂缝。

  防止这类裂缝产生的措施:尽量选用低热或中热降低泥矿渣水泥、粉煤灰水泥;减少水泥用量,将水泥用量2尽量控制在450kg/m以下;降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.60以下;改善骨科级配,掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量,降低水化热;改善混凝土的搅拌工艺,采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度;在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌和物的流动性、保水性,降低水热化,推迟热峰出现的时间;合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束;在大体积混凝土内部设置冷却管道,通过冷水或冷气冷却,减小混凝土的内部温差;加强混凝土温度的监控,及时采取冷却保护措施;加强混凝土养护,混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表现缓慢冷却,在冰冷季节,混凝土两面必须采取保温措施,以防寒潮袭击。

  3.2 混凝土收缩引起的裂缝

  裂缝的成因:混凝土在空气中结硬时,体积要缩小,产生收变形,当受到约束时,就可能导致裂缝的产生;在筋率较高的构件中,由于钢筋对周围混凝土的约束作用强,混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力,引构件局部裂缝;新老混凝土界面容易产生收缩裂缝。

  防止这类裂缝产生的措施:在裂缝产生的部位,用水泥砂浆,环氧树脂对裂缝部位表面进行粘补、涂抹和嵌补等。这种方法一般适用于表面裂缝,合理设置收缩缝;改善水泥土性能,降低水灰比,减少水泥用量;配筋率宜过高,设置构造钢筋收缩裂缝健分布均匀,避免发生集的大裂缝;加强混凝土的时期养护,并适应当延长混凝保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。

  3.3 混凝土塑性坍落引起的裂缝

  裂缝的成因:混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头几个时内,这时混凝土还处于塑性状态,如果混凝土出现渗水现象,在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向浮动的倾向。这种移动当受到钢筋骨架或者模板约束时,上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。

  防止这类裂缝产生的措施:要仔细选择集料的配级,做好混凝土的配合比设计特别是要控制水灰比,采用适量的减水剂;施工时混凝既不能漏振也不能过振,避免混凝土泌水现象的发生,防模板沉陷;如果发生这类裂缝,可在混凝土终凝以前重抹面压光,使裂缝闭合。

  3.4 碱-骨科化学反应引起的裂缝

  裂缝的成因:碱-骨科反应是指混凝土孔隙中水的碱性溶液与活性骨科化学反应,生成硅酸凝胶,碱硅胶温水后可产生膨胀,使混凝土胀裂,开时在混凝土表面形成不规则的细小裂缝,然后由表及里地展,裂缝中充满了白色深沉。

  防止这类裂缝产生的措施:碱-骨科化反应对结构件的耐久性影响极大,为了控制碱-骨科的化反应速度应选择优质骨科和低含碱量水泥,并提高混凝土密实度和采用较低的水灰比。

  4 混凝土裂缝的处理材料和技术

  4.1 水泥基渗透结晶型防水材料

  水泥基渗透结晶防水材料是水泥、硅砂和多种特殊的活性化学物质组成的灰色粉末状无机材料。这种材料的作用机理是特有的活性化学物质利用水泥混凝上本身固有的化学特性和多孔性,以水为载体,借助于渗透作用,在混凝上微孔及毛细管中传输,再次发生水化作用,形成不溶性的结晶并与混凝上结合成为整体。由于结晶体填塞厂微扎及毛细管道,从而使混凝土致密,达到永久性防水,防潮和保护钢筋、增强混凝上结构强度的效果。这一材料已在水工混凝土建筑物防渗修补中逐渐得到应用,均取得良好效果。

  4.2 新型灌浆材料

  利用环氧树脂和聚氨酯在一定条件下制备出可以形成同步互穿聚合物网络结构的新型化学灌浆材料。该材料综合厂环氧树脂浆材和聚氨酯浆材的性能优点,浆材黏度低,凝结时间可调、强度高。水下混凝土灌浆试块的黏接抗拉强度可达1.05NPa,是一种性能优良,适用性强、适合水下灌浆的多功能新型灌浆材料。

  4.3 混凝土裂缝注浆技术

  自从坏氧树脂类高分子材料被用于混凝上建筑物裂缝修补工程后,至今它已经成为仅次于钢材和水泥的第三种材料被广泛应用。以往传统方法是靠人工控制将树脂浆液注入裂缝内。当环氧浆液黏度大,裂缝宽度较小时,这种修补方法并不一定十分成功。由日本引入一种“壁可”注浆技术,则是通过橡胶管的弹性收缩压力自动完成注浆,缓慢均匀地灌浆压力可将缝隙中的空气压人混凝土毛细管中,并通过混凝上的自然呼吸作用排出,有效地避免了气阻现象,从而保证了灌浆质量。在无人看管的情况下,注浆管靠内部压力可以持续很长时间自动注浆,需要人工操作的只是用泵将浆液压入到注射管内。

  4.4 钢板及碳纤维补强加固新技术

  碳纤维补强加固技术是利用高强度或高弹性模量的连续碳纤维,单向排列成束,用坏氧树脂浸渍形成碳纤维增强复合材料片材,将片材用专用环氧树脂胶黏贴在结构外表面受拉或有裂缝部位,固化后与原结构形成一整体,碳纤维即可与原结构共同受力。由于碳纤维分担了部分荷载,就降低了钢筋混凝土结构的应力,从而使结构得到补强加固。

  裂缝是水利建筑物混凝土结构中普遍存在的一种现象;它的出现不仅会降低水利建筑物的抗渗能力,影响水利建物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,低材料的耐久性,影响水利建筑物的承载能力。所以,必对混凝土裂缝进行调查研究,在工程中采取有效的预防措施来预防,以证水利工程建筑物的构件的安全、稳定。

    1 前言

  随着我国社会经济水平的不断提高,水利水电工程建设在规模上、数量上都达到了建国以来的最高水平;由于混凝土本身为透水介质,因而在水利工程中发生渗漏的情况是不可避免的。由于渗漏的作用,使得有压水渗入混凝土结构内部,这种现象不仅会降低水工建筑物的抗渗能力,而且会引起钢筋的锈蚀,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。所以分析裂缝的成因,探讨防治措施,对水利工程建筑物的应用有着极其重要的意义。本文详细进行了裂缝渗透产生的原因,并根据实践经验提出在施工中的预防措施及新工艺新技术。

  2 混凝土渗透裂缝类型

  混凝土是多相复合脆性材料,当混凝土的拉应力大于其抗拉强度,或拉伸变形大于其极限变形时,混凝土就会产生裂缝。

  按位置不同,裂缝可分为表层裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。

  按其开度变化可分为死缝、活缝、增长缝。

  按其产生原因可分为沉陷缝、干缩缝、温度缝、应力缝和施工缝。

  3 裂缝成缝原因及预防措施

  3.1 温度变化引起的裂缝

  裂缝的成因:由于混凝土在硬化过程中,水泥和水起化学反应,产生大量的水化热引起混凝土的温度上升,如果热量不能很快散失,内部和外部温差过大,就将产生温度应力,使结构内部受压,外部受拉。混凝土在硬化初期,只有很低的抗拉强度,如果由内外温度差引起的拉应力超过混凝土早期抗拉强度时,混凝土就要产生裂缝。

  防止这类裂缝产生的措施:尽量选用低热或中热降低泥矿渣水泥、粉煤灰水泥;减少水泥用量,将水泥用量2尽量控制在450kg/m以下;降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.60以下;改善骨科级配,掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量,降低水化热;改善混凝土的搅拌工艺,采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度;在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌和物的流动性、保水性,降低水热化,推迟热峰出现的时间;合理安排施工工序,分层、分块浇筑,以利于散热,减小约束;在大体积混凝土内部设置冷却管道,通过冷水或冷气冷却,减小混凝土的内部温差;加强混凝土温度的监控,及时采取冷却保护措施;加强混凝土养护,混凝土浇筑后,及时用湿润的草帘、麻片等覆盖,并洒水养护,适当延长养护时间,保证混凝土表现缓慢冷却,在冰冷季节,混凝土两面必须采取保温措施,以防寒潮袭击。

  3.2 混凝土收缩引起的裂缝

  裂缝的成因:混凝土在空气中结硬时,体积要缩小,产生收变形,当受到约束时,就可能导致裂缝的产生;在筋率较高的构件中,由于钢筋对周围混凝土的约束作用强,混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力,引构件局部裂缝;新老混凝土界面容易产生收缩裂缝。

  防止这类裂缝产生的措施:在裂缝产生的部位,用水泥砂浆,环氧树脂对裂缝部位表面进行粘补、涂抹和嵌补等。这种方法一般适用于表面裂缝,合理设置收缩缝;改善水泥土性能,降低水灰比,减少水泥用量;配筋率宜过高,设置构造钢筋收缩裂缝健分布均匀,避免发生集的大裂缝;加强混凝土的时期养护,并适应当延长混凝保温覆盖时间,并涂刷养护剂养护。

  3.3 混凝土塑性坍落引起的裂缝

  裂缝的成因:混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头几个时内,这时混凝土还处于塑性状态,如果混凝土出现渗水现象,在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向浮动的倾向。这种移动当受到钢筋骨架或者模板约束时,上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。

  防止这类裂缝产生的措施:要仔细选择集料的配级,做好混凝土的配合比设计特别是要控制水灰比,采用适量的减水剂;施工时混凝既不能漏振也不能过振,避免混凝土泌水现象的发生,防模板沉陷;如果发生这类裂缝,可在混凝土终凝以前重抹面压光,使裂缝闭合。

  3.4 碱-骨科化学反应引起的裂缝

  裂缝的成因:碱-骨科反应是指混凝土孔隙中水的碱性溶液与活性骨科化学反应,生成硅酸凝胶,碱硅胶温水后可产生膨胀,使混凝土胀裂,开时在混凝土表面形成不规则的细小裂缝,然后由表及里地展,裂缝中充满了白色深沉。

  防止这类裂缝产生的措施:碱-骨科化反应对结构件的耐久性影响极大,为了控制碱-骨科的化反应速度应选择优质骨科和低含碱量水泥,并提高混凝土密实度和采用较低的水灰比。

  4 混凝土裂缝的处理材料和技术

  4.1 水泥基渗透结晶型防水材料

  水泥基渗透结晶防水材料是水泥、硅砂和多种特殊的活性化学物质组成的灰色粉末状无机材料。这种材料的作用机理是特有的活性化学物质利用水泥混凝上本身固有的化学特性和多孔性,以水为载体,借助于渗透作用,在混凝上微孔及毛细管中传输,再次发生水化作用,形成不溶性的结晶并与混凝上结合成为整体。由于结晶体填塞厂微扎及毛细管道,从而使混凝土致密,达到永久性防水,防潮和保护钢筋、增强混凝上结构强度的效果。这一材料已在水工混凝土建筑物防渗修补中逐渐得到应用,均取得良好效果。

  4.2 新型灌浆材料

  利用环氧树脂和聚氨酯在一定条件下制备出可以形成同步互穿聚合物网络结构的新型化学灌浆材料。该材料综合厂环氧树脂浆材和聚氨酯浆材的性能优点,浆材黏度低,凝结时间可调、强度高。水下混凝土灌浆试块的黏接抗拉强度可达1.05NPa,是一种性能优良,适用性强、适合水下灌浆的多功能新型灌浆材料。

  4.3 混凝土裂缝注浆技术

  自从坏氧树脂类高分子材料被用于混凝上建筑物裂缝修补工程后,至今它已经成为仅次于钢材和水泥的第三种材料被广泛应用。以往传统方法是靠人工控制将树脂浆液注入裂缝内。当环氧浆液黏度大,裂缝宽度较小时,这种修补方法并不一定十分成功。由日本引入一种“壁可”注浆技术,则是通过橡胶管的弹性收缩压力自动完成注浆,缓慢均匀地灌浆压力可将缝隙中的空气压人混凝土毛细管中,并通过混凝上的自然呼吸作用排出,有效地避免了气阻现象,从而保证了灌浆质量。在无人看管的情况下,注浆管靠内部压力可以持续很长时间自动注浆,需要人工操作的只是用泵将浆液压入到注射管内。

  4.4 钢板及碳纤维补强加固新技术

  碳纤维补强加固技术是利用高强度或高弹性模量的连续碳纤维,单向排列成束,用坏氧树脂浸渍形成碳纤维增强复合材料片材,将片材用专用环氧树脂胶黏贴在结构外表面受拉或有裂缝部位,固化后与原结构形成一整体,碳纤维即可与原结构共同受力。由于碳纤维分担了部分荷载,就降低了钢筋混凝土结构的应力,从而使结构得到补强加固。

  裂缝是水利建筑物混凝土结构中普遍存在的一种现象;它的出现不仅会降低水利建筑物的抗渗能力,影响水利建物的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,低材料的耐久性,影响水利建筑物的承载能力。所以,必对混凝土裂缝进行调查研究,在工程中采取有效的预防措施来预防,以证水利工程建筑物的构件的安全、稳定。

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