水闸钢筋混凝土裂缝成因分析与预防

摘要：裂缝的控制是一个系统的问题, 裂缝的控制既要通过系统充分的前期准备工作, 浇筑时的层层把关, 还要在温控变化情况的指导下, 进行及时充分、合理的养护, 因此必须对闸墩混凝土的裂缝成因进行综合分析,施工中采取针对性的控制措施, 尽量减少或彻底消除闸墩裂缝现象, 以实现水闸混凝土“内实外美” 的质量目标。

关键词：水闸; 混凝土; 裂缝成因; 预防措施 中图分类号：tu37 文献标识码：a 文章编号： 引言

水闸是一种以闸门挡水为主的低水头水工建筑物, 广泛应用于水利工程中, 是平原地区常见的水工建筑物。水闸的开裂是一个普遍现象, 这些裂缝对水闸的安全性有很大的影响, 主要危害为产生渗漏、加速混凝土碳化、降低混凝土抵抗各种侵蚀蚀介质的耐腐蚀性能力、影响混凝土结构物的结构强度和稳定性和加快钢筋的腐蚀等。因此, 裂缝问题已经成为影响水闸安全的重要问题之一。本文总结了最容易发生裂缝的部位, 分析了水闸各个部位混凝土裂缝形成的主要因素, 研究水闸的开裂机理, 最后提出了裂缝的预防措施。

形成裂缝的主要原因分析

通常水工建筑物混凝土裂缝形成的主要原因有: 建筑物结构设计不周引起的裂缝; 基础处理不善引起的裂缝; 结构型式复杂,

分缝分块过长引起的裂缝; 混凝土的温度变化引起的裂缝; 施工质量控制不严引起的裂缝; 运行期间, 由于超载等。当混凝土修建在软土地基或弹性模量较小的地基上时, 混凝土所受到的外部约束比较小, 其裂缝的产生是由于自身的体积变化引起的, 主要是由于温度的变化引起的。

材料和施工养护技术对裂缝的形成也有很重要的影响。例如混凝土中如果水泥用量过大, 会导致水化热高; 砂、石含泥量过大, 既增加混凝土收缩, 又降低混凝土强度, 对混凝土抗裂不利; 施工过程中混凝土水灰比控制不严; 混凝土保湿养护不够, 干缩应力过大; 混凝土保温不够, 温降梯度大、温差大等。调查发现, 水闸裂缝发生的最主要部位在底板和墩墙上。 1. 温度产生的应力作用

温度应力是混凝土温度升高体积膨胀及温度降低体积收缩时, 混凝土受基础的约束或内部温度的非线性约束产生的应力。在混凝土浇筑的早期产生大量的水化热, 其温度不断上升, 体积膨胀, 接近底部的混凝土受到闸底板的约束, 因而产生压应力。但由于早期混凝土弹性模量不大, 所以产生的压应力不大, 随着时间的推移, 由于混凝土表面的散热作用, 混凝土很快由温升转为温降, 由膨胀转为收缩。虽然温升总值和降温总值相差不大, 但温降时混凝土的弹性模量比温升时大得多, 因而混凝土收缩时产生的拉应力很快抵消温升时产生的压应力, 出现净拉应力；最大拉应力值超出了混凝土的抗拉强度, 将导致混凝土开裂, 有关单位就混凝土

绝热温升对闸墩温度应力进行研究表明；混凝土的最高温度主要依赖于绝热温升的变化, 因此减少水泥用量、控制混凝土的温升对减少温度应力起到关键性作用。

2. 混凝土自身体积变形和干缩变形作用产生的应力作用 有关单位对闸墩由于自身变形产生的影响进行试验研究表明；混凝土自身体积变形和干缩变形越大, 产生的拉应力也越大, 因此设法减少水泥用量、降低水灰比是控制混凝土闸墩裂缝的有效措施。

3. 闸底板混凝土的约束作用

闸墩温度和自身体积及干缩变形受到已浇底板的强约束而导致闸墩开裂,有关单位就闸底板与闸墩浇筑间隔时间变化对应力场研究成果表明；缩短闸底板与闸墩混凝土浇筑的时间间隔,使底板和闸墩混凝土刚度相差不会太大、变形趋于同步时是极为有效的防裂措施。

水闸钢筋混凝土裂缝预防

预防混凝土温度裂缝主要技术措施有: 使用优质材料, 在混凝土材料组成上尽量选择有利于抗拉性能的混凝土配合比, 优选水胶比, 减少坍落度, 降低骨料含泥量及杂质含量, 重视水泥性能的稳定, 降低混凝土入仓温度, 降低混凝土水化热,在施工过程中采取保温、保湿养护技术, 控制混凝土温差和降温速度, 掺入补偿收缩剂、抗裂纤维等。 1. 降低混凝土温升

1.1 掺用优质粉煤灰, 推荐使用低热水泥, 粉煤灰取代水泥率15% ~ 30%。墩墙浇筑后到使用期时间间隔较长, 粉煤灰混凝土后期强度增长率较大, 可用45d 强度代替28d强度, 底板取45d或60d 强度代替28d强度。

1.2 降低混凝土入仓温度。砂石料遮阳覆盖, 洒水降温, 拌和站和混凝土运输车及浇筑仓面上搭盖遮阳设施, 尽量减少阳光直射。采用温度较低的深层地下水拌和混凝土或加人冰块拌和混凝土, 降低混凝土温度,定时检测混凝土出料口温度、人模温度及浇筑完毕时的仓面温度。

1.3 混凝土通冷却水冷却。

1.4 采用适宜外加剂。气温10度以上宜选用缓凝型复合外加剂, 以延缓水泥初、终凝时间, 推迟水泥水化热峰值, 同时又可使混凝土具有较高的早期强度, 从而提高混凝土早期抗裂能力。气温0~ 10度以下宜选用早强型外加剂, 0度以下宜选用抗冻早强型外加剂。因外加剂可增加混凝土干缩率, 外加剂选型中尚需注意选择干缩率相对较低的外加剂。

2 . 改善约束条件, 减少温度应力采用三级普通混凝土, 以降低水泥水化热引起的温度应力, 控制混凝土的收缩变形, 混凝土浇筑前, 在闸底板面上先铺一层低强度水泥砂浆, 以降低闸底板混凝土与闸墩混凝土间的约束力。采用分层浇筑, 振捣密实, 以使混凝土的水化热能尽快消失。 3. 加强温度控制与养护

加强混凝土内部的温度测量, 为混凝土内外温度全过程变化提供可靠的预防措拖依据。在混凝土施工前, 根据施工现场混凝土试配条件, 对施工阶段闸墩的浇筑块的温度、温度应力及收缩应力进行校核, 确定施工阶段闸墩混凝土的升温峰值的控制措施, 制定温度控制技术措施。混凝土浇筑过程中进行混凝土温度的监测, 监测点的布置要具有代表性, 能真实反映出内外温差、降温速度及环境温度；养护过程中, 进行闸墩混凝土升降温、内外温差、降温速度及环境温度的监测, 及时获得反映出混凝土内外温度变化的实际情况、所采取的施工技术措施的效果。加强混凝土的早期养护,刚浇筑完的混凝土要及时喷洒养护液、及时覆盖, 防止混凝土表面过早脱水产生收缩裂缝, 同时延长拆模时间, 使混凝土表面达到一定强度、内外温差及峰温速度。 4. 施工方面

( 1) 施工方案设计时宜提出温控要求和温控措施。

( 2) 合理安排施工顺序, 尽量减少墩墙与底板浇筑间隔时间, 因为间隔时间越长, 底板对墩墙约束作用越大, 所产生的温度应力相对越大。加强混凝土计量, 严格控制混凝土水胶比, 加强砂石等材料含水率控制, 控制混凝土坍落度, 提高混凝土拌合物质量与均匀性, 降低混凝土离散。施工过程中需防止混凝土离析、振捣不实、过度振捣。采用后浇带、预应力等措施解决温度裂缝问题。 结束语

对于混凝土裂缝, 应以预防为主, 为此需要精心设计、施工, 掌

握其基本知识, 并根据实际采取有效措施。实践证明, 在优化配合比设计、改善施工工艺、提高施工质量、做好温度控制工作及加强养护等多方面采取有效技术措施, 混凝土的裂缝是完全可以控制在允许的范围内。 参考文献：

[ 1] 沈兴华, 林秋英, 王新赋. 观音寺闸裂缝处理及效果评价[ j] . 人民长江, 2002( 5): 36.

[ 2] 郭念春, 马殿君, 徐艳军. 沙颖河郑埠口枢纽工程节制闸闸墩裂缝成因分析[ j]. 水运工程, 2000( 8):37.