浅谈水利工程泵送混凝土裂缝的防治

杜代军

(山东省聊城市水利工程总公司,山东聊城 252000)

1 概述

近年来,泵送混凝土在我市王铺渡槽水利枢纽工程、四河头倒虹吸工程等施工中均得到了广泛应用,不但提高了工效,大大节约了施工成本,同时也解决了施工现场复杂,高空施工输送混凝土难的问题。但是由于泵送混凝土固有的收缩特性,且属于大流态性的混凝土,具有坍落度大,含砂率高,水泥用量较大等特点,使得泵送混凝土凝固过程中容易产生裂缝。裂缝的出现,不仅会降低混凝土建筑物的抗渗能力,影响其使用功能,而且能引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性。因此,认真研究泵送混凝土出现的裂缝,采取合理的方法对裂缝进行预防和处理,具有十分重要的意义。

2 常见裂缝类型及其防治

2.1 干缩裂缝

干缩裂缝的产生是由于内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。混凝土现浇完毕,若不及时采取恰当措施,极易失水过快产生干裂缝;混凝土养护结束后一段时间或混凝土浇筑完毕后的一周左右,也极易产生干缩裂缝。干缩裂缝多为表面性线状或网状细小裂缝,宽度在 0.05～0.2 mm。空气相对湿度较低时裂缝也易产生。因此,必须进行恰当的养护,保证现浇混凝土有适宜的硬化条件。在混凝土浇筑完毕后,及时覆盖塑料薄膜、湿草袋,对混凝土进行保湿养护,接缝处搭接严密。避免混凝土水分蒸发,使混凝土表面湿润。混凝土终凝后,继续浇水养护 7天。需要时适当延长养护时间。

主要预防措施:

(1)采用收缩量较小的水泥,降低水泥用量。

(2)混凝土裂缝受水灰比的影响,水灰比越大,干缩越大。因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比。同时掺加适量的减水剂。

(3)掺加泵送剂。混凝土材料掺入泵送剂可以配制出不离析、聚性好、和易性优、可泵性好,具有一定含气量和缓凝性,能有大坍落度的混凝土,且能起到减水剂的作用。

(4)为防止墙、柱、水工基础等侧模板过早拆卸,导致混凝土表面产生干缩裂缝,应在混凝土表面刷养护液,有条件的用塑料薄膜覆盖养护。

(5)根据混凝土体积的大小,适当增设伸缩缝。

2.2 塑性收缩裂缝

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。塑性收缩一般在干热或大风天气出现,裂缝中间宽、两端细、长短不一,互不连贯。较短的裂缝一般长10cm～40 cm,较长的裂缝一般长 1～3.5m,宽 1mm～5mm。其产生原因为:泵送混凝土在终凝前几乎没有强度或强度小,或者混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗收缩,一次产生龟裂。影响泵送混凝土塑性收缩开裂的主要原因有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速等等。

主要预防措施:

(1)选用干缩值较小,早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。

(2)严格控制水灰比,掺高效减水剂或泵送剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。

(3)浇筑混凝土之前,将基层和模板均匀浇水湿透。

(4)覆盖塑料布或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润,或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。

2.3 水化热引起的裂缝(温度裂缝)

大体积混凝土在水利工程中比较常见,预防水化热引起的裂缝尤为重要。大体积混凝土由于水化热产生的升温较高、降温幅度大、速率快,使混凝土产生较大的温度和收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。因此,为防治水化热引起的裂缝,施工前应计算升温峰值、内外温差及降温速率,制定相应的技术措施,防止和控制温度裂缝,确保工程质量。

主要预防措施:

(1)降低原材料进入搅拌机的温度,如夏季在水箱内加冰块,降低水温;粗骨料遮阳防晒;散装水泥提前储备,避免新出厂水泥温度过高。采取以上措施能最大限度地降低混凝土出机温度。

(2)夏季泵送混凝土运输车加保温套或对罐体喷淋冷水降温。混凝土泵送管道遮阳防晒。合理部署施工,尽量避免在炎热天气浇筑大体积混凝土。如果根据工程总体安排,必须在炎热天气浇筑时,可通过调整工序,使混凝土浇筑时间,避开当天的高温时段。

(3)降低混凝土水化热。选择中低热品种水泥,优先选用矿渣硅酸盐水泥。结构工程中的大体积混凝土,大多采用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥,因其水泥熟料含量较少,且混合材料中的活性氧化硅、氧化铝与氢氧化钙、石膏的化合作用在常温下进行比较缓慢,早期强度(3天和 7天)较低,但在硬化后期(28天后),由于经过化学反应生成的水泥凝胶不断扩展,使水泥石(水泥浆凝结后变成的坚固石状物质)强度不断增长,最后甚至同标号的普通硅酸盐水泥,故可充分利用其后期强度。

(4)掺入一定比例的粉煤灰、高效减水剂、缓凝剂。

2.4 沉陷裂缝

沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实导致,或者因为模板刚度不足,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从而使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,其走向与沉降量成正比关系。地基变形稳定后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。

主要预防措施:

(1)对松软土、填土地基上部结构施工前应做好地基强度试验,进行必要的夯实和加固,满足工程设计需要。

(2)保证模板有足够的强度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。

(3)防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡。

(4)模板拆除的时间不能太早,注意拆模的先后次序。

2.5 化学反应引起的裂缝

碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应引起的裂缝。

泵送混凝土拌合后会产生一些碱性离子,这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水使体积增大,混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措施进行预防。

主要预防措施:

(1)选用碱活性小的砂石骨料。

(2)选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂。

(3)选用掺和料抑制碱骨料反应。

由于混凝土浇筑、振捣不良或者钢筋保护层较薄,有害物质进入混凝土使钢筋锈蚀,锈蚀的钢筋体积膨胀把混凝土胀裂,此种裂缝沿钢筋的位置出现。

通常的预防措施:

(1)保证钢筋保护层的厚度。

(2)泵送混凝土的级配要良好,浇筑要振捣密实。

(3)钢筋表层涂刷防腐涂料。

3 混凝土裂缝的修补

混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法:表面修补法,灌浆、嵌缝封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法以及仿生自愈合法。

3.1 表面修补法

表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定的和对结构承载力没有影响的表面裂缝,通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥之后在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,或在表面裂缝处涂刷 107胶或清水,然后均匀涂抹水泥。待水泥初凝固后用砂纸等物品把表面打磨平整。

3.2 灌浆、嵌缝封堵法

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.3 结构加固法

当裂缝影响到混凝土结构性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固。

3.4 混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是现将损坏的混凝土剔除,然后再置换新的混凝土材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

3.5 电化学防护法

电化学防护是利用施加电场介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防止锈蚀的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。适用钢筋、混凝土的长期防腐,即可用于已裂结构,也可以用于新建结构。

3.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法是新的裂缝处理方法,它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质,而使创伤部位愈合,在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分(如含粘结剂的液芯纤维或胶囊),在混凝土内部形成智能型仿生自愈网络系统,当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维使裂缝自动愈合,从而达到处理裂缝的目的。

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