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(duì)杭州市**集團(tuán)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(jìn)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(shí)它將對(duì)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(tuán)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(qiáng)度等級(jí)C25，砼內(nèi)摻10%HEA膨脹劑，混凝土保護(hù)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(zhǎng)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(jì)圖，借助于鋼尺、相機(jī)等進(jìn)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(jìn)行測(cè)量。C:裂縫長(zhǎng)度用鋼尺和皮尺測(cè)量。D:裂縫深度沿池壁裂縫，鑿開“V”形口，測(cè)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(hù)。（3）本工程裂縫調(diào)查表1裂縫情況表部位裂縫長(zhǎng)度（m）裂縫寬度（mm）裂縫深度（mm）裂縫數(shù)（個(gè)）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(zhǎng)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(shí)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(jì)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(kuò)展，似乎都在同一時(shí)間瞬時(shí)發(fā)生并一次完成，是個(gè)“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(kuò)展等都不是在同一時(shí)間瞬時(shí)完成的，它有一個(gè)“時(shí)間過程”，稱之為“傳遞過程”，是一個(gè)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(duì)清水池裂縫的跟蹤調(diào)查，有些裂縫有進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì)，且有新的裂縫產(chǎn)生，裂縫的產(chǎn)生表現(xiàn)為“時(shí)間過程”，即3天左右出現(xiàn)跨中裂縫，同時(shí)亦產(chǎn)生非跨中裂縫，7天后暫停生長(zhǎng)，呈現(xiàn)由變形變化引起的裂縫特點(diǎn)。根據(jù)裂縫特點(diǎn)，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(shí)際計(jì)量數(shù)據(jù)看，其用水量波動(dòng)較大，可能導(dǎo)致混凝土質(zhì)量波動(dòng)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(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右，短期加荷時(shí)的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104，長(zhǎng)期加荷時(shí)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(yùn)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(qiáng)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(chǎng)對(duì)施工過程的觀察、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土的檢查和對(duì)施工人員的訪問，發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)問題：一是混凝土的早期養(yǎng)護(hù)不到位。養(yǎng)護(hù)不好則對(duì)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(dá)40～50℃，現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。二是拆模時(shí)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(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮拆模時(shí)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(shí)表面溫度亦較氣溫為高，此時(shí)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(dá)到很大的數(shù)值，就有導(dǎo)致裂縫的危險(xiǎn)，但如果在拆除模板后及時(shí)在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對(duì)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(qiáng)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(zhǔn)備工序，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，對(duì)于池頂可以采用蓄水養(yǎng)護(hù)；對(duì)于池壁，為了防止水分的過度蒸發(fā)，可以延長(zhǎng)側(cè)模的拆除時(shí)間，同時(shí)采用在池壁掛草袋養(yǎng)護(hù)。三是混凝土的振搗不充分?，F(xiàn)場(chǎng)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(huì)影響混凝土的密實(shí)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?yàn)榕c其他材料相比，這些材料在拌合后對(duì)混凝土溫度影響比較大。

混凝土拌合物中每種材料對(duì)新拌混凝土溫度的貢獻(xiàn)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(chǔ)水池和運(yùn)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(jìn)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(gè)拌合物中所占的比例很小，所以若單獨(dú)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(jìn)行分析。（1）《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(hào)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，可以將混凝土裂縫定性標(biāo)準(zhǔn)為：A:寬度小于標(biāo)準(zhǔn)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(jì)、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(jìn)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(shí)際所處環(huán)境和用途，裂縫寬度的允許值取0.2mm為宜，實(shí)際裂縫<0.2mm，屬于無害、可修復(fù)的裂縫。五、裂縫修補(bǔ)方法：水池裂縫漏水的修補(bǔ)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?？锥绰┧?、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(shí)結(jié)合飲用水水質(zhì)安全考慮，采取直接堵漏法進(jìn)行修補(bǔ)：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(jí)的新砼（C30）內(nèi)摻12%HEA膨脹劑進(jìn)行修補(bǔ)，經(jīng)養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行蓄水試驗(yàn)。六、預(yù)防裂縫的措施和建議(1)攪拌站應(yīng)該加強(qiáng)原材料質(zhì)量檢測(cè)和控制，特別是砂石含水量和含泥量的檢測(cè)和控制，同時(shí)尤其應(yīng)該控制水灰比，以確?；炷帘旧淼馁|(zhì)量穩(wěn)定；進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配比，提高混凝土抗裂能力；對(duì)一些必要的試驗(yàn)檢測(cè)工作應(yīng)予加強(qiáng)，如混凝土收縮試驗(yàn)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(qiáng)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(hù)工作（尤其注重早期養(yǎng)護(hù)效果）、掌握好模板拆除時(shí)間和方法，保證模板的牢固，鋼筋保護(hù)層的準(zhǔn)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(hù)記錄、施工異常情況處理記錄。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，特別是要保證鋼筋位置和數(shù)量，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果；對(duì)于水灰比過大（一般水灰比≤0.70）的混凝土嚴(yán)格不用。(3)提高混凝土膨脹劑的摻入量。由原設(shè)計(jì)摻入10%HEA型混凝土膨脹劑增加至12%,以減少混凝土硬化時(shí)產(chǎn)生收縮。七、研究的意義與結(jié)論混凝土裂縫控制是個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)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(chǎng)調(diào)查結(jié)果、理論分析和實(shí)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(shí)產(chǎn)生自縮為主因。(2)清水池池壁出現(xiàn)裂縫時(shí)應(yīng)該客觀分析裂縫性質(zhì)，并采取經(jīng)濟(jì)、有效的修補(bǔ)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(hù)等方面著手。(4)本水池自2006年建成以來，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)上述裂縫情況，經(jīng)過修補(bǔ)處理后，滿水試驗(yàn)合