阐述水利混凝土施工中裂缝产生原因及预防措施

更新时间:2017-05-08 19:21:47 来源: 作者: 浏览102次 文字大小:

摘要:水利工程中混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题,本文对水利工程中混凝土工程中常见的一些裂缝问题进行了探讨分析,并针对具体情况提出了一些预防措施。

关键词:混泥土裂缝;水泥水化热;预防措施

1、前言

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝,对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后,微裂缝就会不断的扩展和连通,最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝,也就是混凝土工程中常说的裂缝。

混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的,由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响建筑物的外观、使用寿命,严重者将会威胁到人们的生命和财产安全。很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展所致。近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明,在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的,在一定的范围内也是可以接受的,只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内。钢筋混凝土规范也明确规定[1]:有些结构在所处的不同条件下,允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生,使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度,尤其要尽量避免有害裂缝的出现,从而确保工程质量。

混凝土裂缝产生的原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有外载作用引起的裂缝;有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待,根据实际情况解决问题。

2水利工程中混凝土裂缝产生的原因

2.1水化热大,体积变化大

由于混凝土体积大,水泥水化产生的热量不易散发,引起体积变化大。由于体积变化,受到约束,因此产生内应力,约束有两种:

1)外部约束。混凝土浇筑在岩石上或老混凝土上,其体积变化受外部岩石或老混凝土约束,初期因水泥急剧水化升温,体积膨胀,处于受压状态,但混凝土弹性模量低,产生压应力很小;后期水泥水化热减小,散热量大于水化热量,温度降低,体积收缩,受岩石或老混凝土约束,由受压状态变为受拉状态,产生拉应力,而导致裂缝。

2)内部约束。由于内部水泥水化热不易散发,而表面的容易散发,使表面温度低于内部。相对来讲,内部体积膨胀受表面约束处于受压状态,表面则体积收缩受内部约束,产生拉应力,从而导致裂缝产生。

2.2混凝土抗拉能力低

混凝土是脆性材料,抗压能力高,抗拉能力低。抗拉强度约为抗压强度的0.1倍;极限拉伸也很小,通常不足1×10-4。因此,水利工程中混凝土温度变形受约束时产生的拉应力很容易超过极限抗拉强度,而产生裂缝。本文将针对上述原因提出防裂措施。

3水利工程中混凝土裂缝的预防措施

3.1减小温度变形

3.1.1优化设计配合比,控制水泥水化热

1)水泥的选择。由于矿物成分及掺加混合材料数量不同,水泥水化热差异较大。铝酸三钙、硅酸三钙含量高的,水化热也高;因此,为了降低水化热,减小体积变形,水利工程中混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥,应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥,如有条件,可适当掺加活性混合材料(例如粉煤灰)以降低水化热。例如安峰山水库除险加固工程采用沂州水泥厂水泥,掺I级粉煤灰,使水泥在进楼前温度不超过60℃,减小了温度变形。

2)尽量节约水泥用量。水泥水化产生的热量是水利工程中混凝土温度变化而导致体积变化的主要根源,比干湿、化学变化引起的体积变化要大得多,因此应尽量降低水泥用量。在满足工程需要的情况下,尽量降低设计强度,以减小水泥用量。利用水利工程工期较长,充分利用混凝土后期增长的强度,采用较长的设计龄期。水利工程的施工时间较长,有的长达几年,因此可采用较长龄期,所以常规龄期28d的设计强度就可降低,从而减少水泥用量。精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配,最大粒径越大,骨料的空隙率和比表面积越小,混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。

3)外加剂优选。混凝土外加剂已发展为混凝土不可缺少的一部分,夏季施工时,使用具有一定缓凝和能大幅度降低混凝土单位用水量的缓凝高效减水剂,能大量减少混凝土的总发热量降低混凝土的水化温升。例如安峰山水库除险加固工程采用高效减水剂,降低混凝土温度,减小温度变形。

3.1.2拌和制冷,控制出机口温度

主要技术要求。拌和制冷的主要目的是控制混凝土出机口温度,出机口温度按施工季节、浇筑区域、结构部位等确定。主体建筑物基础约束区重要结构部位混凝土除冬季12~2月可采用自然入仓外,其它季节一般出机口温度不超过7℃,脱离约束区的混凝土除11~3月采用自然入仓外,其它季节拌和楼出机口温度一般不超过14℃。拌和制冷工艺。制冷工艺的好坏极大影响混凝土的预冷和温升的控制效果。

3.1.3遮阳、覆盖与仓面喷雾调节环境温度,控制温升

因拌和楼与施工场地有一定距离,在运输过程中应控制温升,可在车箱顶部设置遮阳蓬,供料线上覆盖遮阳板。为防止仓面混凝土温升过快,在浇筑过程中对入混凝土拌和物及浇筑层面进行覆盖保温,避免太阳直射。并喷雾降温,包括拌和楼前喷雾和仓面喷雾。

3.1.4混凝土通水冷却

施工初期通水主要作用是削减混凝土初期温度高峰,削减水利工程中混凝土内部的最高温度,使其最高温度不超过允许的最高值;中期通风是降温过程,削减混凝土内外温差,在冬季特别重要;后期通风主要是稳定混凝土内部温度,为接缝灌浆创造条件

3.1.5混凝土表面养护与保温

  在混凝土浇筑完毕后,对表面应及时进行养护,在一定时间内保持适当的温度和湿度,造成混凝土良好的硬化条件,是保证混凝土强度增大、不发生干裂的必要措施。

3.1.6科学组织施工

要达到良好的温控,还需科学地组织施工,要求做到以下几点:

1)浇筑顺序合理、浇筑时段应尽量避免高温。

2)加快入仓速度。

3.2消除或降低约束

1)内部约束无法消除或降低。

2)水利工程中,外部约束主要取决于基岩的弹性模量,弹性模量越高,约束程度越大。而要降低基岩的弹性模量是难以做到的。若要降低下层混凝土的弹性模量,可在其未充分硬化时浇筑。采用线胀系数小的骨料,避免体积变化过大。

3)防止冻害裂缝的产生。因为环境的因素,水利工程中混凝土特别要防止冻害裂缝,一种是混凝土在凝结后未达到要求强度时发生冻结,结冰的膨胀将引起混凝土破裂并造成不可恢  复的强度损失,另一种是交替冻融对硬化混凝土的破坏。例如松山堆石坝面板产生裂缝的主要原因是坝体内存有积水,冬季导致冻胀,将面板鼓起造成破坏。所以要防止渗水,其中包括水库的渗水及两边山体的渗水。

3.3提高抗拉能力

目前提高抗拉强度的方法是配筋、掺加纤维、用聚合物浸渍等,但是这些措施不是很经济,且有局限性,只能有选择地采用。

4结束语

综上所述,要防止水利工程中混凝土的裂缝,主要应使用水化热低的水泥,降低水泥用量,采用合理的施工方法,做好冷却和表面隔热,防止渗水,具体施工时,结合工程的实际情况,采用相适应的措施。



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