水利工程中混凝土溫度裂縫的成因和防治

廣東潮州市水利工程質(zhì)量檢測站 方虎玉

水利工程中混凝土溫度裂縫的成因和防治

廣東潮州市水利工程質(zhì)量檢測站 方虎玉

水利工程中混凝土溫度裂縫時(shí)有發(fā)生，因?yàn)樗こ讨械拇篌w積混凝土建筑物較其他土建工程都多，在其施工過程中不僅要注意做好結(jié)構(gòu)分縫，同時(shí)也要特別預(yù)防溫度裂縫的產(chǎn)生。在大體積混凝土中，溫度應(yīng)力及溫度控制具有重要意義，在施工中混凝土常常出現(xiàn)溫度裂縫，影響到結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。

一、溫度應(yīng)力分析

1. 溫度應(yīng)力的形成過程。溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段。

（1）早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個(gè)階段的兩個(gè)特征：一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土彈性模量的急劇變化。

（2）中期。自水泥放熱作用基本結(jié)束起，至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度止，這個(gè)時(shí)期，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期?；炷镣耆鋮s以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

2. 溫度應(yīng)力分類。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類。

（1）自生應(yīng)力。邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)溫度應(yīng)力。

（2）約束應(yīng)力。結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。

這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。

二、溫度裂縫產(chǎn)生的原因和特征

水利工程溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面，或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝仓?，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，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)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫通?？v橫交錯(cuò)；梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。

三、溫度裂縫影響因素和防治措施

混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)。混凝土越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。

對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險(xiǎn)性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因，防治措施如下。

1. 混凝土原材料和配合比的選用。

（1）水泥品種選擇和水泥用量控制。大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時(shí)，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。另外，可充分利用混凝土后期強(qiáng)度，以減少水泥用量。

（2）摻加摻合料。國內(nèi)外大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明，混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應(yīng)，可起到潤滑作用，改善混凝土拌和物的流動(dòng)性、黏聚性和保水性，從而改善了可泵性。

2. 施工工藝改進(jìn)。

（1）攪拌工藝。采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結(jié)構(gòu)致密、黏結(jié)力增大，從而提高混凝土強(qiáng)度10%或節(jié)約水泥5%，并進(jìn)一步減少水化熱和裂縫。

（2）振動(dòng)工藝。對已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)行二次振動(dòng)，可排除混凝土因滲水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高黏結(jié)力和抗拉強(qiáng)度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

（3）養(yǎng)護(hù)工藝。為了嚴(yán)格控制大體積混凝土的內(nèi)外溫差，確?；炷临|(zhì)量，減少裂縫，養(yǎng)護(hù)是一個(gè)十分重要和關(guān)鍵的工序，必須切實(shí)做好?；炷琉B(yǎng)護(hù)主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。保溫能減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫。

三、有關(guān)裂縫的處理措施

裂縫的出現(xiàn)不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，還會(huì)引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗?jié)B能力。因此根據(jù)裂縫的性質(zhì)和具體情況，我們要區(qū)別對待、及時(shí)處理，以保證建筑物的安全使用。

混凝土裂縫的修補(bǔ)措施主要有以下一些方法：表面修補(bǔ)法，嵌縫法，結(jié)構(gòu)加固法。

1. 表面修補(bǔ)法。表面修補(bǔ)法是一種簡單、常見的修補(bǔ)方法，它主要適用于穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。在防護(hù)的同時(shí)，為了防止混凝土受各種作用的影響繼續(xù)開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

2. 嵌縫法。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。

3. 結(jié)構(gòu)加固法。當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)的性能時(shí)，就要考慮采用加固法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。結(jié)構(gòu)加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固。

四、結(jié)論

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和惡化，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定。