水閘是泵站中最常見的建筑物之一,是典型的鋼筋混凝土結構。閘墩部位因諸多因素易產生裂縫。這種現象長期一直以來困擾著建筑工程界,沒有得到很好的解決。水閘混凝土裂縫的出現給水閘本身帶來很多的弊端,給水閘各功能帶來不同程度的危害。在多方面收集相關資料及調研的基礎上,本文針對水閘混凝土裂縫的成因及防治進行了詳細的分析。

1水閘閘墩裂縫產生的原因

1.1 閘墩混凝土內外溫差大,導致裂縫

(1)閘墩為大體積混凝土,因為其內外的散熱條件不同,熱量的傳遞易在內部積存,導致內部溫度逐步高于外部溫度。在升溫階段,外部混凝土散熱條件好,熱量容易散發;而內部混凝土散熱條件差,內部熱量散不出去,導致閘墩內外產生較大溫度差。

(2)因閘墩內部散熱性能較低,在外界降溫階段造成外部混凝土溫度低于內部。使閘墩內外混凝土形成了一溫度梯度,導致了其變形的不一致。內部膨脹受到外部的限制,或相應地外部收縮受到內部約束,于是在外部混凝土中產生了拉應力。當外部混凝土拉應變達到其極限拉應變,裂縫就由此產生。

(3)水閘所處的物理環境溫度變化也會對閘墩裂縫造成影響。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時,裂縫更為嚴重。

1.2 閘墩混凝土的水分揮發嚴重且不均,導致裂縫

(1)一方面外部混凝土水分的蒸發程度、速度均大于內部的混凝土,另一方面外部混凝土收縮的程度大于內部混凝土。就使得外部混凝土整體的拉應力逐漸增大,導致干縮裂縫的產生。

(2)閘墩混凝土內部的水分,一部分提供了水泥水化的需要,另一部產生流失,但大部分水分是在澆搗完畢后慢慢蒸發掉。隨著水泥的凝結、硬化,混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失,引起混凝土的水分蒸發及含濕量的不均勻分布,形成濕度變化梯度,從而導致裂縫的產生。

1.3 混凝土自生體積變形,導致裂縫

(1)由于水泥水化時消耗水分造成凝膠孔的液面下降,形成彎月;另一方面,水泥供水不足時,會產生自干燥作用,使混凝土體相對濕度降低,體積變小。水閘閘墩斷面尺寸雖然不是很大,但屬于必須解決水化熱問題的大體積混凝土結構,必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。影響混凝土自生體積收縮的因素主要是材料的化學成分和水灰比。

(2)排除混凝土的水分蒸發,其各組成部分的化學反應也會產生自生體積變形。在底板約束影響范圍內,膨脹型自生體積變形會產生預壓應力,有利于防裂;收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的。混凝土的自生收縮一般在拆模之前完成。雖然其量值不大,但如果同其他收縮加在一起,就會使表面拉應力增大,產生裂縫。因此,必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。

1.4 外部約束導致產生裂縫

(1)閘墩是底部固結在底板上,上部自由的結構。外部約束主要受閘墩的分縫長度和底板與閘墩混凝土的澆筑時間間隔影響。閘墩在沿其高度方向可以自由伸縮,不受約束;厚度方向由于閘墩厚度不大,約束很小;而在沿水流方向,則受底板約束相對很大。

(2)閘墩混凝土澆筑早期,產生大量水化熱,溫度升高,體積膨脹,受到底板約束,產生壓應力,但彈性模量低,產生的壓應力很小。隨著熱量的散發,混凝土開始降溫,加之干縮、自生體積變形等影響,體積開始收縮,同樣受到底板約束,產生拉應力,此時混凝土彈性模量已增大很多,產生的拉應力足以很快抵消早期產生的壓應力,并進而出現較大的凈拉應力。由于沿水流方向受到的約束最大,則該方向的拉應力也最大,此時混凝土齡期短,強度低,產生的拉應力易超過其抗拉強度,于是在閘墩上產生了常見的垂直于底板和水流方向的裂縫。

2預防閘墩混凝土裂縫的預防措施

根據以上的分析可知,混凝土各種不同情況下的開裂有著多方面的原因,并且通常是多方面作用的結果。為防止混凝土的開裂,可從以下幾個方面進行預防。

2.1 選擇合理的原材料配合比

(1)為了降低水化熱,可采用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。減少水泥用量,可降低水化熱,降低混凝土的拉應力。

(2)在混凝土中摻活性混合料,如在混凝土中摻粉煤灰,可使混凝土最高溫度降低,并可將達到最高溫度的時間向后推遲,有利于熱量消散,用時間控制裂縫。

(3)使用外加劑進行裂縫的預防。例如摻加20%粉煤灰、緩凝劑、減少劑等可減慢混凝土放熱的速度,減少混凝土裂縫的產生。

(4)使用膨脹劑可以補償混凝土的自生收縮,產生一定的預壓應力,抵消結構由于收縮產生的拉應力。要注意膨脹劑應使用在閘墩底部有外部約束的部位,注意各部位混凝土膨脹變形的協調性,避免內部膨脹大于表面膨脹現象的出現。

此外,要特別注意混凝土合理配合比的設計。

2.2 嚴格控制施工方法及工藝

(1)為了使混凝土更好地散熱,可分層澆筑混凝土,分層的深度為1.0～1.5m。上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完,最底一層混凝土可與底板同時澆筑,這樣就可削弱或消除底板對閘墩混凝土的約束。

(2)對于不滲水的干燥縫的處理,首先用環氧膩子均勻封縫,然后使用結構膠將裂縫兩邊各2cm范圍內的表面批2~5mm厚做第二道密封層,以確保灌漿時裂縫中的漿液不會泄漏。

(3)對于潮濕縫的處理,首先用堵漏劑堵水,待干燥后,在裂縫兩邊各2cm寬的范圍用結構膠批2~5mm厚做為保護層,確保裂縫不漏漿。

(4)按由下而上的順序進行灌漿。灌漿過程中,保持工作壓力在0.1~0.3Mpa,當灌到最后一個灌漿嘴時,應適當加大壓力迸漿。漿液固化以后,沿裂縫走向,鑿除封縫用的結構膠、灌漿嘴及殘留物,,并用聚合物水泥砂漿找平對裂縫表面進行防護。

2.3 進行溫度控制

(1)降低混凝土的入倉溫度,使現場新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

(2)在高溫期拌和時,加入冰片代替一部分水進行混凝土冷卻。

(3)澆筑時間選擇在秋季,而且避開午間高溫時澆筑。

(4)對運送混凝土的工具或澆筑倉面采取遮陽和降溫措施,在混凝土內部埋設冷卻水管,用人工冷卻水進行人工導熱,降低混凝土的內部溫度。

(5)對于外部混凝土進行隔熱保護,以調節表面溫度下降的速度,使內外溫差減小。

2.4 定期進行閘墩養護

(1)早期養護可以在模板未拆時,盡可能減少環境風速。

(2)拆模后可從結構頂部澆水或淋水,保證混凝土表面濕潤,若在閘墩四周裹上不透氣塑料膜后再澆水或淋水,則養護效果會更好。

(3)拆模后立即在混凝土表面涂上防裂劑,以便能起到保濕的作用。

3結論

水閘閘墩混凝土結構的裂縫問題突出且復雜,已受到越來越多的重視。在采取防裂預防措施時,要分析其主要原因,綜合考慮各種預防措施對混凝土抗裂能力的評價,以便采取最為有效的防裂措施;同時要加強科學研究工作,分析裂縫產生的內在動因,以便提出新的技術、新的方法;另一方面要加設計、施工、監管部門之間的合作,盡力將裂縫降低到最小程度。

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