闡述水利混凝土施工中裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施
關(guān)鍵詞:混泥土裂縫；水泥水化熱；預(yù)防措施
1、前言
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問(wèn)題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常是一種無(wú)害裂縫，對(duì)混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會(huì)不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說(shuō)的裂縫。
混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發(fā)展通常會(huì)使內(nèi)部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴(yán)重者將會(huì)威脅到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問(wèn)題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定[1]：有些結(jié)構(gòu)在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)，從而確保工程質(zhì)量。
混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養(yǎng)護(hù)環(huán)境不當(dāng)和化學(xué)作用引起的裂縫等等。在實(shí)際工程中要區(qū)別對(duì)待，根據(jù)實(shí)際情況解決問(wèn)題。
2水利工程中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因
2.1水化熱大,體積變化大
由于混凝土體積大,水泥水化產(chǎn)生的熱量不易散發(fā),引起體積變化大。由于體積變化,受到約束,因此產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,約束有兩種:
（1）外部約束。混凝土澆筑在巖石上或老混凝土上,其體積變化受外部巖石或老混凝土約束,初期因水泥急劇水化升溫,體積膨脹,處于受壓狀態(tài),但混凝土彈性模量低,產(chǎn)生壓應(yīng)力很小;后期水泥水化熱減小,散熱量大于水化熱量,溫度降低,體積收縮,受巖石或老混凝土約束,由受壓狀態(tài)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài),產(chǎn)生拉應(yīng)力,而導(dǎo)致裂縫。
�。�2）內(nèi)部約束。由于內(nèi)部水泥水化熱不易散發(fā),而表面的容易散發(fā),使表面溫度低于內(nèi)部。相對(duì)來(lái)講,內(nèi)部體積膨脹受表面約束處于受壓狀態(tài),表面則體積收縮受內(nèi)部約束,產(chǎn)生拉應(yīng)力,從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。
2.2混凝土抗拉能力低
混凝土是脆性材料,抗壓能力高,抗拉能力低�？估瓘�(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的0.1倍；極限拉伸也很小,通常不足1×10-4。因此,水利工程中混凝土溫度變形受約束時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力很容易超過(guò)極限抗拉強(qiáng)度,而產(chǎn)生裂縫。本文將針對(duì)上述原因提出防裂措施。
3水利工程中混凝土裂縫的預(yù)防措施
3.1減小溫度變形
3.1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)配合比,控制水泥水化熱
�。�1）水泥的選擇。由于礦物成分及摻加混合材料數(shù)量不同,水泥水化熱差異較大。鋁酸三鈣、硅酸三鈣含量高的,水化熱也高；因此,為了降低水化熱,減小體積變形,水利工程中混凝土一般不宜使用水化熱高的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥,應(yīng)使用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥,如有條件,可適當(dāng)摻加活性混合材料(例如粉煤灰)以降低水化熱。例如安峰山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程采用沂州水泥廠水泥,摻I級(jí)粉煤灰,使水泥在進(jìn)樓前溫度不超過(guò)60℃，減小了溫度變形。
（2）盡量節(jié)約水泥用量。水泥水化產(chǎn)生的熱量是水利工程中混凝土溫度變化而導(dǎo)致體積變化的主要根源,比干濕、化學(xué)變化引起的體積變化要大得多,因此應(yīng)盡量降低水泥用量。在滿(mǎn)足工程需要的情況下,盡量降低設(shè)計(jì)強(qiáng)度,以減小水泥用量。利用水利工程工期較長(zhǎng)，充分利用混凝土后期增長(zhǎng)的強(qiáng)度,采用較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)齡期。水利工程的施工時(shí)間較長(zhǎng),有的長(zhǎng)達(dá)幾年,因此可采用較長(zhǎng)齡期,所以常規(guī)齡期28d的設(shè)計(jì)強(qiáng)度就可降低,從而減少水泥用量。精心設(shè)計(jì)、調(diào)整混凝土的骨料粒徑和級(jí)配,最大粒徑越大,骨料的空隙率和比表面積越小,混凝土的水泥漿及水泥用量就越小。
�。�3）外加劑優(yōu)選�；炷镣饧觿┮寻l(fā)展為混凝土不可缺少的一部分,夏季施工時(shí),使用具有一定緩凝和能大幅度降低混凝土單位用水量的緩凝高效減水劑,能大量減少混凝土的總發(fā)熱量降低混凝土的水化溫升。例如安峰山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程采用高
效減水劑,降低混凝土溫度,減小溫度變形。
3.1.2拌和制冷,控制出機(jī)口溫度
主要技術(shù)要求。拌和制冷的主要目的是控制混凝土出機(jī)口溫度,出機(jī)口溫度按施工季節(jié)、澆筑區(qū)域、結(jié)構(gòu)部位等確定。主體建筑物基礎(chǔ)約束區(qū)重要結(jié)構(gòu)部位混凝土除冬季12～2月可采用自然入倉(cāng)外,其它季節(jié)一般出機(jī)口溫度不超過(guò)7℃,脫離約束區(qū)的混凝土除11～3月采用自然入倉(cāng)外,其它季節(jié)拌和樓出機(jī)口溫度一般不超過(guò)14℃。拌和制冷工藝。制冷工藝的好壞極大影響混凝土的預(yù)冷和溫升的控制效果。
3.1.3遮陽(yáng)、覆蓋與倉(cāng)面噴霧調(diào)節(jié)環(huán)境溫度,控制溫升
因拌和樓與施工場(chǎng)地有一定距離,在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)控制溫升,可在車(chē)箱頂部設(shè)置遮陽(yáng)蓬,供料線上覆蓋遮陽(yáng)板。為防止倉(cāng)面混凝土溫升過(guò)快,在澆筑過(guò)程中對(duì)入混凝土拌和物及澆筑層面進(jìn)行覆蓋保溫,避免太陽(yáng)直射。并噴霧降溫,包括拌和樓前噴霧和倉(cāng)面噴霧。
3.1.4混凝土通水冷卻
施工初期通水主要作用是削減混凝土初期溫度高峰,削減水利工程中混凝土內(nèi)部的最高溫度,使其最高溫度不超過(guò)允許的最高值；中期通風(fēng)是降溫過(guò)程,削減混凝土內(nèi)外溫差,在冬季特別重要;后期通風(fēng)主要是穩(wěn)定混凝土內(nèi)部溫度,為接縫灌漿創(chuàng)造條件
3.1.5混凝土表面養(yǎng)護(hù)與保溫
在混凝土澆筑完畢后，對(duì)表面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在一定時(shí)間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?造成混凝土良好的硬化條件,是保證混凝土強(qiáng)度增大、不發(fā)生干裂的必要措施。
3.1.6科學(xué)組織施工
要達(dá)到良好的溫控,還需科學(xué)地組織施工,要求做到以下幾點(diǎn):
�。�1）澆筑順序合理、澆筑時(shí)段應(yīng)盡量避免高溫。
（2）加快入倉(cāng)速度。
3.2消除或降低約束
�。�1）內(nèi)部約束無(wú)法消除或降低。
�。�2）水利工程中,外部約束主要取決于基巖的彈性模量,彈性模量越高,約束程度越大。而要降低基巖的彈性模量是難以做到的。若要降低下層混凝土的彈性模量,可在其未充分硬化時(shí)澆筑。采用線脹系數(shù)小的骨料,避免體積變化過(guò)大。
（3）防止凍害裂縫的產(chǎn)生。因?yàn)榄h(huán)境的因素,水利工程中混凝土特別要防止凍害裂縫，一種是混凝土在凝結(jié)后未達(dá)到要求強(qiáng)度時(shí)發(fā)生凍結(jié),結(jié)冰的膨脹將引起混凝土破裂并造成不可恢
復(fù)的強(qiáng)度損失,另一種是交替凍融對(duì)硬化混凝土的破壞。例如松山堆石壩面板產(chǎn)生裂縫的主要原因是壩體內(nèi)存有積水,冬季導(dǎo)致凍脹,將面板鼓起造成破壞。所以要防止?jié)B水，其中包括水庫(kù)的滲水及兩邊山體的滲水。
3.3提高抗拉能力
目前提高抗拉強(qiáng)度的方法是配筋、摻加纖維、用聚合物浸漬等,但是這些措施不是很經(jīng)濟(jì),且有局限性,只能有選擇地采用。
4結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,要防止水利工程中混凝土的裂縫,主要應(yīng)使用水化熱低的水泥,降低水泥用量，采用合理的施工方法,做好冷卻和表面隔熱,防止?jié)B水,具體施工時(shí),結(jié)合工程的實(shí)際情況，采用相適應(yīng)的措施。
