水工構(gòu)筑物混凝土墻體裂縫與防治

水工構(gòu)筑物混凝土墻體裂縫分析與防治〔摘要〕對杭州市**集團有限公司某泵站清水池(50.5米×42.5米)的混凝土裂縫情況進行調(diào)查；分析了該水池混凝土裂縫的特征、產(chǎn)生的原因和可能的危害性，并提出了預(yù)防這種混凝土裂縫的措施和建議，同時它將對其他水工構(gòu)筑物以及房建工程地下室裂縫成因分析具有借鑒意義。Abstract：Thearticlewilldosomeresearchaboutthecistern-cracksinpumpstationsofHangzhouWaterGroupCo.,LTDandanalyzethecharacteristic,thecauseandpossibleharmfulnessaboutthem,andhavesubmittedmeasuresandsuggestionagainstthecracks.Atthesametimeitwouldbehelpfultojudgethecauseofcracksinotherstructure.〔關(guān)鍵詞〕：混凝土裂縫分析預(yù)防KeyWords:Concrete-cracksAnalysisPrevention〔正文〕一、工程概況杭州市**集團某泵站工程清水池，占地面積約為2100平方米（50.5米×42.5米），墻中位置設(shè)置沉降縫，池體高度5.7米（其中地下2.4米，地上3.3米），池壁厚度為0.5m，底板厚度為0.8m。本工程混凝土強度等級C25，砼內(nèi)摻10%HEA膨脹劑，混凝土保護層厚度為40mm。二、裂縫調(diào)查（1）調(diào)查內(nèi)容包括裂縫位置、長度、寬度、深度、性質(zhì)及發(fā)展情況等。（2）調(diào)查手段本次調(diào)查采用的設(shè)備和工具主要有以下幾種：A:裂縫位置主要根據(jù)設(shè)計圖，借助于鋼尺、相機等進行檢查調(diào)查，并繪制裂縫分布圖。B:裂縫寬度使用塞尺、刻度放大鏡進行測量。C:裂縫長度用鋼尺和皮尺測量。D:裂縫深度沿池壁裂縫，鑿開“V”形口，測算得到裂縫深度。E:其他自然因素室外平均氣溫40℃；自然養(yǎng)護。（3）本工程裂縫調(diào)查表1裂縫情況表部位裂縫長度（m）裂縫寬度（mm）裂縫深度（mm）裂縫數(shù)（個）發(fā)展情況池壁1/3跨4.0～4.50.06～0.1115～20243-7天成型，后停止成長裂縫主要集中于池壁1/3跨附近，并且裂縫均垂直地面且相互平行，寬度自中向兩端逐漸變窄。三、裂縫原因研究（1）混凝土裂縫的類型和原因混凝土的裂縫按產(chǎn)生的時間可分為硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫?；炷恋牧芽p按引起裂縫產(chǎn)生的原因把混凝土裂縫分為二大類：第一大類，由外荷載引起的裂縫，包括按照常規(guī)計算的主要應(yīng)力引起的“荷載裂縫”，以及由結(jié)構(gòu)本身自重引起的裂縫，通稱為結(jié)構(gòu)性裂縫、受力裂縫。第二大類，由變形變化引起的裂縫，包括溫度、濕度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫，也稱非結(jié)構(gòu)性裂縫。上述兩類裂縫的區(qū)別是：前者在外荷載的作用、結(jié)構(gòu)內(nèi)力的形成，直至裂縫的出現(xiàn)與擴展，似乎都在同一時間瞬時發(fā)生并一次完成，是個“一次”過程。而變形荷載的作用，從環(huán)境的變化，變形的產(chǎn)生，到約束應(yīng)力的形成，裂縫的出現(xiàn)與擴展等都不是在同一時間瞬時完成的，它有一個“時間過程”，稱之為“傳遞過程”，是一個多次產(chǎn)生和發(fā)展的過程。（2）本工程裂縫原因分析根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析，以及對清水池裂縫的跟蹤調(diào)查，有些裂縫有進一步發(fā)展趨勢，且有新的裂縫產(chǎn)生，裂縫的產(chǎn)生表現(xiàn)為“時間過程”，即3天左右出現(xiàn)跨中裂縫，同時亦產(chǎn)生非跨中裂縫，7天后暫停生長，呈現(xiàn)由變形變化引起的裂縫特點。根據(jù)裂縫特點，分析其原因有以下幾方面：A:混凝土配合比原因根據(jù)攪拌站提供的原材料實際計量數(shù)據(jù)看，其用水量波動較大，可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動也較大，水灰比選擇不當(dāng)造成混凝土和易性偏差，導(dǎo)致混凝土離淅、泌水、保水性不良，增加收縮值?；炷潦且环N脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均勻，水灰比不穩(wěn)定，及運輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低，易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。B:施工原因根據(jù)在現(xiàn)場對施工過程的觀察、對現(xiàn)場混凝土的檢查和對施工人員的訪問，發(fā)現(xiàn)有幾個問題：一是混凝土的早期養(yǎng)護不到位。養(yǎng)護不好則對混凝土整體質(zhì)量影響特別顯著，直接影響混凝土的抗裂能力。并且施工季節(jié)正式在7-8月之間，室外混凝土表面溫度可達40～50℃，現(xiàn)場養(yǎng)護措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。二是拆模時間過早。在混凝土的施工中，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當(dāng)混凝土溫度高于氣溫時應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。新澆筑早期拆模，在表面引起很大的拉應(yīng)力，出現(xiàn)“溫度沖擊”現(xiàn)象。在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發(fā)，表面引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應(yīng)力，與水化熱應(yīng)力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應(yīng)力達到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，具有顯著的效果。因此，在混凝土產(chǎn)生足夠強度以前，不應(yīng)過早拆模以及在混凝土施工面上過早從事其它準備工序，同時應(yīng)加強養(yǎng)護，對于池頂可以采用蓄水養(yǎng)護；對于池壁，為了防止水分的過度蒸發(fā)，可以延長側(cè)模的拆除時間，同時采用在池壁掛草袋養(yǎng)護。三是混凝土的振搗不充分?，F(xiàn)場澆搗混凝土?xí)r，振搗或插入不當(dāng)，漏振、過振或振搗棒抽撤過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導(dǎo)裂縫的產(chǎn)生。四是混凝土的溫度控制不當(dāng)。如，拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；在混凝土中埋設(shè)水管，通入冷水降溫等。在炎熱天氣下，應(yīng)盡量降低集料與拌合水的溫度，因為與其他材料相比，這些材料在拌合后對混凝土溫度影響比較大。

混凝土拌合物中每種材料對新拌混凝土溫度的貢獻與每種材料的溫度、比熱和每種材料的質(zhì)量有關(guān)。我們可以根據(jù)公式大致推斷出新拌混凝土溫度：

T={0.22(TaMa+TcMc)+TwMw+TwaMwa}/{0.22(Ma+Mc)+Mw+Mwa}

式中，T——新拌混凝土溫度，℃；

Ta，Tc，Tw，Twa——集料、水泥、拌合水和集料中自由水的溫度，℃

Ma，Mc，Mw，Mwa——集料、水泥、拌合水、集料中自由水的質(zhì)量，kg。

在混凝土所用材料中，水最易冷卻。我們要盡可能使用較冷的水源，這些水源不要直接暴露在太陽光下，儲水池和運輸水的管道應(yīng)該埋藏、隔熱、遮陽或漆成白色，使水盡可能保持較低的溫度。水可以用制冷、液氮或冰進行冷卻，通常拌合水溫度降低2.0℃～2.2℃可以使混凝土溫度降低0.5℃。但是，拌合水在整個拌合物中所占的比例很小，所以若單獨冷卻水，混凝土溫度降低的幅度一般不超過4.5℃。四、裂縫危害性分析裂縫危害性主要按照有關(guān)規(guī)范允許的最大裂縫寬度來進行分析。（1）《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50069-2002）》規(guī)定鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度見表2所示。表2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度允許值序號結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處的條條件δmax(mm)1經(jīng)常處于水下的結(jié)結(jié)構(gòu)水質(zhì)無侵蝕性水力剃度i≤200水力剃度i>2000.300.20水質(zhì)有侵蝕性水力剃度i≤200水力剃度i>2000.250.152水位變動區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)水質(zhì)無侵蝕性年凍融循環(huán)次數(shù)小小于50年凍融循環(huán)次數(shù)大大于500.250.15水質(zhì)有侵蝕性或海海水0.153水上結(jié)構(gòu)0.30（2）裂縫性質(zhì)分析據(jù)上述我國有關(guān)標準，可以將混凝土裂縫定性標準為：A:寬度小于標準規(guī)定值者屬于無害、可修復(fù)的裂縫；B:寬度超過規(guī)定值者，一般需要由設(shè)計、施工、監(jiān)理、業(yè)主等有關(guān)方面共同商定處理方案。C:活裂縫需要進一步觀察，待其基本穩(wěn)定后，才能確定處理方案。根據(jù)本工程實際所處環(huán)境和用途，裂縫寬度的允許值取0.2mm為宜，實際裂縫<0.2mm，屬于無害、可修復(fù)的裂縫。五、裂縫修補方法：水池裂縫漏水的修補方法，主要有兩大類：抹面堵漏法和注漿堵漏法。抹面堵漏法大面積滲漏水1、氯化鐵防水砂漿漿抹面；2、噴涂水泥泥基滲透結(jié)晶晶型防水涂料料；3、聚合物水水泥砂漿抹面面。孔洞漏水1、水玻璃促凝劑；；2、堵漏劑（801堵漏劑、堵堵漏粉）。裂縫漏水1、直接堵漏法（水水壓2N以下）；2、下線堵漏法（水水壓2-4N）；3、鐵皮堵漏法（水水壓4N以上）。其他漏水情況1、蜂窩麻面漏水處處理；2、地面普遍遍漏水。注漿堵漏法1、水泥注漿法；22、化學(xué)注漿漿法（聚氨酯酯、環(huán)氧樹脂脂、丙凝）。本工程中，由于產(chǎn)生的裂縫均為線狀裂縫，同時結(jié)合飲用水水質(zhì)安全考慮，采取直接堵漏法進行修補：沿裂縫處剔成深3cm、寬1.5cm左右的八字形邊坡溝槽，用水沖洗表面，用較池體砼高一等級的新砼（C30）內(nèi)摻12%HEA膨脹劑進行修補，經(jīng)養(yǎng)護達到設(shè)計強度后，進行蓄水試驗。六、預(yù)防裂縫的措施和建議(1)攪拌站應(yīng)該加強原材料質(zhì)量檢測和控制，特別是砂石含水量和含泥量的檢測和控制，同時尤其應(yīng)該控制水灰比，以確保混凝土本身的質(zhì)量穩(wěn)定；進一步優(yōu)化混凝土配比，提高混凝土抗裂能力；對一些必要的試驗檢測工作應(yīng)予加強，如混凝土收縮試驗等；有條件的者，盡量降低成品攪拌混凝土的溫度。(2)施工單位應(yīng)該重視施工質(zhì)量和加強質(zhì)量管理，特別是要重視混凝土振搗（避免漏振、少振）、養(yǎng)護工作（尤其注重早期養(yǎng)護效果）、掌握好模板拆除時間和方法，保證模板的牢固，鋼筋保護層的準確以及表層鋼筋的數(shù)量等；作好日常的施工記錄，包括養(yǎng)護記錄、施工異常情況處理記錄。嚴格按照設(shè)計圖紙進行施工，特別是要保證鋼筋位置和數(shù)量，否則會造成嚴重后果；對于水灰比過大（一般水灰比≤0.70）的混凝土嚴格不用。(3)提高混凝土膨脹劑的摻入量。由原設(shè)計摻入10%HEA型混凝土膨脹劑增加至12%,以減少混凝土硬化時產(chǎn)生收縮。七、研究的意義與結(jié)論混凝土裂縫控制是個實踐性很強的課題，而且在結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性等方面起著決定性的影響。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、理論分析和實踐證明，得出以下結(jié)論：(1)本清水池的池壁裂縫主要由混凝土硬化時產(chǎn)生自縮為主因。(2)清水池池壁出現(xiàn)裂縫時應(yīng)該客觀分析裂縫性質(zhì)，并采取經(jīng)濟、有效的修補方法，以免影響正常使用。(3)清水池池壁裂縫預(yù)防尤其需要從混凝土配制、澆筑、養(yǎng)護等方面著手。(4)本水池自2006年建成以來，當(dāng)時出現(xiàn)上述裂縫情況，經(jīng)過修補處理后，滿水試驗合