在諸多的圩口閘、生產(chǎn)橋、泵站、跌水、涵洞、倒虹吸、渡槽、防滲渠道水利工程中,由于混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲等一系列因素,混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面常常會發(fā)生細(xì)而淺的裂縫。因?yàn)榱芽p的存在破壞了結(jié)構(gòu)的整體性,結(jié)構(gòu)受力與變形會產(chǎn)生突變,使得結(jié)構(gòu)開裂、不穩(wěn)定甚至破壞,給結(jié)構(gòu)的運(yùn)行帶來不確定性,而且易導(dǎo)致鋼筋銹蝕,有些損壞嚴(yán)重的還會削弱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,使水利工程失穩(wěn),危及水工建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.水利工程中混凝土表面裂縫的危害

混凝土建筑物裂縫滲漏在水工建筑物各種損壞現(xiàn)象當(dāng)中屬于比較常見的一大病害,會使混凝土產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏、裂縫,影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用及滲漏的結(jié)果,一方面在經(jīng)受壓力荷載和溫度脹縮的反復(fù)作用下使裂縫逐步擴(kuò)寬和發(fā)展;另一方面當(dāng)水滲入混凝土內(nèi)部后,使混凝土的堿度降低,使鋼筋純化膜遭受破壞,當(dāng)水和空氣同時期滲入,促使鋼筋銹蝕,并可能由此導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞。根據(jù)調(diào)查,裂縫引起的各種不利后果中,滲漏水占60%。水分子的直徑約0.3×10~6mm,可穿過任何肉眼可見的裂縫(以0.05mm為界)�；炷�土碳化會加劇混凝開裂,一旦混凝土開裂就無法再愈合,而且在外界荷載與環(huán)境條件(包括干濕、冷熱循環(huán))作用下繼續(xù)收縮,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物破壞�；炷�土裂縫的存在,導(dǎo)致水泥水化物中游離的氫氧化鈣[Ca(OH)2]能吸收軟土中的水和土孔隙中的二氧化碳,相互作用形成碳酸鈣,這就是常說的混凝土碳化,混凝土碳化有混凝土“癌癥”之說,碳化會使混凝土的堿度降低。同時,增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量,因而會使混凝土對鋼筋的保護(hù)作用減弱,當(dāng)水和空氣同時期滲入,鋼筋就產(chǎn)生銹蝕。綜上,混凝土的裂縫(蠕變)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有重要意義,會切斷結(jié)構(gòu)的斷面,可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性,其危害性是較嚴(yán)重的。輕則影響建筑物的外觀和正常使用,前者導(dǎo)致混凝土材料的疲勞;后者則使破壞過程加劇并復(fù)雜化而難于防治。

2.水利工程中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

2.1外荷載引起的裂縫
水利工程施工中一種由外荷載(如靜、動荷載)的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫,裂縫具有普遍性、發(fā)育不均勻性、形態(tài)多樣性等特點(diǎn),其主要包括直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫;次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

2.2收縮引起而可能產(chǎn)生有害裂縫
水利工程實(shí)際施工中,常見的混凝土裂縫有相當(dāng)部分都是由于混凝土收縮而造成的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮、縮水收縮(也叫干縮)、自生收縮等是產(chǎn)生裂縫的主要原因。研究表明,混凝土收縮裂縫的特點(diǎn)是大部分屬表面裂縫,裂縫寬度較細(xì),且縱橫交借,成龜裂狀,形成沒有任何規(guī)律,主要因素包括:強(qiáng)度等級、水泥品種及標(biāo)號、砂子規(guī)格、石子規(guī)格、每m3砼材料用量、養(yǎng)護(hù)方法、外界環(huán)境。

2.3外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化引起的裂縫
一般的物質(zhì)(少數(shù)幾種例外),都具有熱脹冷縮的特性,混凝土也不例外。當(dāng)外部環(huán)境或內(nèi)部溫度發(fā)生變化,就形成內(nèi)外的較大溫差,較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些水利工程建設(shè)中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出荷載應(yīng)力。水泥水化熱升溫或外界短期大幅降溫,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差很大,一般超過25℃以上,引起溫度應(yīng)力,導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)溫差裂縫。

3.控制水利施工中混凝土裂縫的對策

(1)加強(qiáng)配合比的優(yōu)化。混凝土配合比的設(shè)計不僅要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的抗?jié)B性、耐凍性等耐久性的要求,而且還要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計未明確的其他耐久性要求。采集原材料進(jìn)行試拌,盡可能地減少水泥用量,Ⅰ、Ⅱ級和Ⅲ級粉煤灰在細(xì)度、需水量比和燒失量等技術(shù)指標(biāo)上有比較大的區(qū)別,添加Ⅰ級粉煤灰,嚴(yán)格控制水膠比,粗骨料應(yīng)采用二級或多級級配,其松散堆積密度應(yīng)大于1500kg/m3,緊密空隙率宜小于40%。摻入適量的粉煤灰不僅能降低成本,而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗硫酸鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱,減少收縮,提高抗侵蝕具有良好的作用。

(2)原料對映選擇性。細(xì)骨料應(yīng)質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好;人工砂的細(xì)度模數(shù)且在2.4~2.8范圍內(nèi),含泥量控制在1%內(nèi)。采用石灰?guī)r,壓碎值為18%,針片狀含量

(3)施工過程控制。第一,混凝土二次振搗施工工藝是一種簡單高效的除混凝土沉縮裂縫的方法。機(jī)械振搗方式比手工搗固方式混凝土收縮性要小。振搗時間應(yīng)根據(jù)機(jī)械性能決定,一般以5~5s/次為宜,能較好地消除粗骨料、鋼筋下面的水膜,消除沉縮收縮量。第二,采用二次抹壓技術(shù)可消除混凝土干縮、沉縮和塑性收縮產(chǎn)生的表面裂縫。此種裂縫是混凝土表面水分散失引起的,發(fā)生在混凝土加水至初凝的這段時間,消除此種裂縫應(yīng)采用抹光機(jī)械經(jīng)多次提漿、抹平,根據(jù)地坪的硬化情況,去掉圓盤,利用機(jī)械抹光機(jī)的抹刀進(jìn)行3~5遍縱橫方向收光,將極大地提高混凝土的平整度和表面強(qiáng)度。第三,控制內(nèi)約束溫度裂縫措施,主要控制混凝土內(nèi)外溫差、表面與外界溫差,防止混凝土表面急劇冷卻�；炷�土產(chǎn)生裂縫的原因有多種,但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度,在混凝土內(nèi)部溫度不斷上升,在內(nèi)外溫差過大時,應(yīng)根據(jù)本地實(shí)際情況,積極采取工程措施,加強(qiáng)測溫和氣溫預(yù)報,做到防護(hù)及時。

(4)防止干縮裂縫的措施。縮裂縫不僅嚴(yán)重?fù)p害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性,也會使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴(yán)重的裂縫。混凝土中水分存在于孔隙中,這些孔隙分布在水泥石、骨料及骨料與水泥石之間和鋼筋與水泥石之間的交界處,產(chǎn)生濕脹干縮。應(yīng)加強(qiáng)振搗使之密實(shí),減少混凝土的離析和泌水,提高混凝土的泵送性能,提高混凝土的早期和后期強(qiáng)度,降低氯離子的滲透能力,可有效地控制混凝土濕脹干縮裂縫產(chǎn)生。