水利工程预拌混凝土结构裂缝的成因及控制措施

混凝土是非均质性材料。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,裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土的承载能力、抗渗等耐久性,影响着建筑物的外观、使用寿命。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。

  1 混凝土工程中常见裂缝原因及控制措施

  1.1千缩裂缝产生的原因

  混凝土浇筑后仍处于塑性状态时,由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝。这类裂缝多在表面出现,形状不规则,长短不一, 呈龟裂状,深度一般不超过5 CII1。此类裂缝的主要原因是混凝土浇筑后3~4d,时左右其表面没有被覆盖,以及混凝上本身的高水化热等原因造成混凝土产生急剧收缩,而此时混凝土强度几乎为零,不能抵抗这种变形力而导致开裂,混凝土中水分蒸发和被吸收的速度越快,干缩裂缝越易产生。平面结构及薄壳等结构的混凝土较易产生早期干缩裂缝。

  1.2 干缩裂缝的控制措施

  主要包括以下几点:(1)合理选择水泥品种。一般来说,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收缩越大。(2)控制水泥用量,混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大,但是增加量不显著,在满足混凝土性能的同时,应尽可能降低水泥用量。(3)用水量的控制,混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大,混凝土的干燥收缩和用水量成正比,为直线关系,水灰比越大,干燥收缩越大。(4)最佳砂率的确定,混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大,但增加的数值不大。(5)化学外加剂的选用。掺加减水剂、泵送剂,特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩,但是对于某些减水剂、泵送剂,尤其是具有引气作用时,有增大混凝土干燥收缩的趋势。(6)正确选择养护时间和方法。混凝土浇筑表面干燥过快,产生较大的收缩,受到内部混凝土的约束,在表面产生拉应力而开裂。混凝土终凝之前进行早期保温保湿养护,对减少干缩有一定作用。

  2 塑性收缩裂缝产生的原因及控制措施

  2.1塑性收缩裂缝产生的原因

  混凝土浇筑成型后,因拌合物各组分材料的密度差异使骨料在胶结材料浆体中产生下沉趋势,当下沉的固体颗粒遇到水平钢筋或受到侧面模板的摩擦阻力时,就会与周围的混凝土形成沉降差,因而在混凝土表面容易形成塑性沉降裂缝。加上混凝土浇筑后其内部水分不断向表面迁移,形成混凝土在塑性阶段体积收缩,混凝土表面失水干缩受下层混凝土约束,在混凝土表面就会出现不规则的塑性收缩裂缝。

  2.2塑性收缩裂缝的控制措施

  主要包括以下几点:(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,掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度,减少水泥及水用量。(3)浇筑混凝土之前,将基层和模板浇水均匀润湿透。(4)及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等,保持混凝土终凝前表面湿润。(5)在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护。(6)加强混凝土振捣,混凝土浇筑1~3 h后进行二次复振与抹压收面,以消除混凝土内骨料分层,改善骨料界面状况,以减少早期收缩裂缝的产生。(7)严禁向混凝土中任意加水,在浇筑前宜对混凝土进行再次快速强拌。(8)加强混凝土浇筑成型后的养护工作。浇筑完毕后12 h内覆盖,并应保持混凝土表面有凝结水,若采用浇水养护(气温低于5℃时不得浇水),养护期应不少于7 d,当混凝土掺有缓凝外加剂或有抗渗要求时,不得少于14 d

  3 沉陷裂缝产生的原因及控制措施

  3.1沉陷裂缝产生的原因

  沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致,或因模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,较大的沉陷裂缝,往往有一定的错位,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。

  3.2沉陷裂缝的控制措施

  主要包括以下几点:(1)对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。(2)保证模板有足够的强度和刚度,且支撑牢固,并使地基受力均匀。(3)防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。(4)模板拆除的时间不能太早,且要注意拆模的先后次序。(5)在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。

  4 温度裂缝产生的原因及控制措施

  4.1温度裂缝产生的原因

  水泥水化是一个放热的化学反应过程,其间产生一定的水化热,大部分水泥水化热在3 d内释放出来。内部混凝土热胀变形产生压力,外部混凝土冷缩变形产生拉力,由于此时混凝土拉抗强度较低,当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时,混凝土便产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3~5 d,初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大。

  4.2温度裂缝的控制措施

  主要包括以下几点:(1)尽量避免在炎热和严寒天气浇筑混凝土。(2)合理组织混凝土浇筑施工作业,大体积混凝土浇筑时应合理分层、分块或跳仓分缝间隔浇筑施工,混凝土结构内部宜埋设循环冷却水管便于内部温度散热。(3)混凝土在浇筑成型抹面收光后,应及时用薄膜进行覆盖保湿,冬季注意保温。

  5 化学反应引起裂缝的原因及预防

  5.1化学反应引起裂缝的原因

  化学反应BI起裂缝的原因主要是无水熟料与水起化学反应,使固相体积逐渐增加而水泥一水体系的总体积逐渐减少的故。具体地说是由水化前后反应物和生成物的平均密度不同所引起。如果进一步分析,则可以认为是水泥与水起化学反应过程中,原来的自由水成为水化产物的一部分,使它的比容由原来的1cm³/g变成约0.75cm³/g 的缘故。

  5.2 化学反应引起裂缝的控制措施

  主要的预防措施:(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)选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。(4)应尽量使用C 3A含量低的水泥。

  混凝土工程结构裂缝是难以避免的,其裂缝的存在是一种可以接受的材料特征,但可通过设计、生产、施工等技术措施将裂缝及其有害程度控制在一定范围。严格按照相关规范标准执行,结合相关技术经验措施,预拌混凝土结构的有害裂缝可得到有效的控制。

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