鋼筋混凝土裂縫

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地鐵隧道鋼筋混凝土裂縫的治理

地鐵隧道鋼筋混凝土裂縫的治理王新剛王建章張?jiān)破靹P利聞寶聯(lián)摘要:有效操縱混凝土裂縫的發(fā)生、進(jìn)展,是提高地鐵隧道耐久性的關(guān)鍵。闡述了混凝土裂縫的種類,從收縮裂縫、溫度裂縫、不平勻沉降裂縫等方面論述了裂縫產(chǎn)生的理由,并從工程設(shè)計(jì)、材料、施工、養(yǎng)護(hù)等方面提出了裂縫操縱的措施與方法。對(duì)既有隧道的混凝土滲漏,根據(jù)不可憐況,采取有針對(duì)性的治理方案進(jìn)行治理,保障了布局的安好運(yùn)營(yíng)。

0引言地鐵隧道中鋼筋混凝土耐久性缺乏一向困擾著地鐵運(yùn)營(yíng)與管理部門(mén),特別是近年來(lái),國(guó)際上地鐵隧道設(shè)計(jì)壽命都趨向于超過(guò)100年,沈陽(yáng)地鐵也提出了100年的設(shè)計(jì)壽命,而實(shí)際處境是,運(yùn)營(yíng)二三十年就已經(jīng)千瘡百孔,何談百年!提高混凝土耐久性是一個(gè)系統(tǒng)工程,設(shè)計(jì)、選材、施工、養(yǎng)護(hù)、后期的維護(hù)缺一不成。本文結(jié)合我們?cè)谔旖虻罔F滲漏治理的一些工作,探討提高地鐵隧道鋼筋混凝土耐久性的一些措施。

1混凝土裂縫的產(chǎn)生混凝土劣化的直觀表現(xiàn)是布局展現(xiàn)裂縫、疏松、剝落等。由于混凝土的劣化,失去對(duì)鋼筋的養(yǎng)護(hù),導(dǎo)致鋼筋銹蝕、布局失去承載力,因而,操縱裂縫的發(fā)生和進(jìn)展是保證布局安好運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵[1]。歸納起來(lái),引起混凝土裂縫的主要因素有:1.1化學(xué)作用1.1.1硫酸鹽侵蝕當(dāng)?shù)叵滤甋O42-含量較高時(shí),SO42-會(huì)與水泥中的水化產(chǎn)物生成新的礦物質(zhì),如與水化鋁酸鈣生成水化硫酸鈣(體積增大1.5倍),與氫氧化鈣生成石膏(體積增大1.21倍),2種鹽的生成都會(huì)引起很大的內(nèi)應(yīng)力,其破壞特征是在外觀生成幾條較粗大裂縫。SO42-除對(duì)混凝土腐蝕外,還會(huì)滲透到鋼筋外觀,引起鋼筋腐蝕。根據(jù)鈍態(tài)金屬活化理論,SO42-能穿透金屬外觀鈍化膜,促使金屬銹蝕[2]。

1.1.2碳化回響碳化回響也稱為中性化回響,指CO2與水泥石外觀及內(nèi)部毛細(xì)孔道內(nèi)的水化硅酸鈣及氫氧化鈣起回響,引起的收縮變形,并導(dǎo)致混凝土堿度降低,呈中性化,從而使鈍化膜失鈍,誘發(fā)鋼筋銹蝕。

1.1.3堿骨料回響堿骨料回響(AAR)是指水化水泥中的堿性物質(zhì)與骨料中可回響化學(xué)成分之間發(fā)生化學(xué)回響。一般來(lái)說(shuō)有2類堿骨料回響。一類是堿-碳回響:堿性物質(zhì)與含有碳酸鹽類物質(zhì)的骨料(如白云石等)發(fā)生化學(xué)回響;另一類是堿-硅回響:堿性物質(zhì)與含硅酸鹽類物質(zhì)的骨料(如蛋白石和硅酸石灰石等)發(fā)生化學(xué)回響。堿骨料回響的結(jié)果是在水泥骨料外觀發(fā)生膨脹性斷裂,從而導(dǎo)致混凝土布局開(kāi)裂,堿骨料回響發(fā)生的前提是混凝土中堿含量超標(biāo)、活性骨料以及水分的存在。

1.1.4自生收縮自生收縮是混凝土在硬化過(guò)程中水泥與水發(fā)生水化回響,這種收縮與外界濕度無(wú)關(guān),且可以是正的(即收縮,如普遍硅酸鹽水泥混凝土),也可以是負(fù)的(即膨脹,如礦渣水泥混凝土、粉煤灰水泥混凝土)。

1.2物理作用1.2.1塑性收縮混凝土硬化前沒(méi)有沉實(shí)或沉實(shí)缺乏或不均就會(huì)發(fā)生裂縫,這種裂縫發(fā)生在澆筑后1～3h,混凝土尚處于塑性階段,幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小,在重力的作用下,粗骨料等質(zhì)量大的顆粒緩慢沉降密實(shí),水、氣泡等質(zhì)量小的組分浮至混凝土面層,展現(xiàn)分層現(xiàn)象?；炷烈虺两地Q向體積縮小1%。坍落度越大,保水性越差,凝聚時(shí)間越長(zhǎng)及混凝土越厚時(shí),沉降收縮量越大,在下沉過(guò)程中若受到鋼筋阻擋,便形成沿鋼筋方向的裂縫。為減小混凝土塑性收縮,施工時(shí)應(yīng)操縱水灰比,制止過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的攪拌,振搗時(shí)間以5～15s/次為宜,下料不宜太快,振搗要密實(shí)。

1.2.2干縮混凝土在硬化過(guò)程中水分逐步蒸發(fā)散失,使水泥石中的凝聚膠體枯燥收縮產(chǎn)生變形,由于受到圍巖和模板的約束,變形產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)展現(xiàn)干縮裂縫。干縮裂縫多發(fā)生在混凝土外觀,走向沒(méi)有規(guī)律。

1.2.3溫度裂縫水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量,在混凝土內(nèi)部和外觀間形成溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)外的約束力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。裂縫寬度冬季較寬,夏季較窄,此種裂縫的展現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕。

1.2.4沉陷裂縫沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于布局地基土質(zhì)不勻、松軟,或回填土不實(shí)或浸水而造成不平勻沉降所致;或者由于模板剛度缺乏,模板支撐間距過(guò)大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致沉陷而產(chǎn)生裂縫,更加是在冬季,模板支撐在凍土上,凍土化凍后產(chǎn)生不平勻沉降,致使混凝土布局產(chǎn)生裂縫。

除了上述的理由,環(huán)境也是引起混凝土裂縫的重要因素。

2新建隧道混凝土裂縫的預(yù)防混凝土裂縫是不成制止的,但也是可以操縱的。操縱隧道裂縫,主要從設(shè)計(jì)、原材料選擇、混凝土合作比和施工工藝等方面入手。

2.1設(shè)計(jì)保持構(gòu)件截面平勻,制止截面突變展現(xiàn)尖角、棱角,以減小混凝土收縮應(yīng)力和荷載應(yīng)力的集中。通過(guò)裂縫寬度驗(yàn)算調(diào)整主筋配筋量,把裂縫最大寬度操縱在迎水面不大于0.2mm,背水面不大于0.3mm。布局配筋應(yīng)加強(qiáng)縱向分布鋼筋,其配筋應(yīng)按細(xì)而密的原那么配置,鋼筋間距宜操縱在150mm以內(nèi),必要時(shí)可加設(shè)擴(kuò)張金屬網(wǎng),以提高混凝土的極限拉應(yīng)變,操縱混凝土的收縮裂縫。

2.2原材料選擇2.2.1水泥盡量采用低標(biāo)號(hào)、低水化熱的水泥;在不受侵蝕性介質(zhì)和凍融作用時(shí),宜采用普遍硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥,若采用礦渣硅酸鹽水泥那么務(wù)必?fù)酵饧觿?以降低泌水率。在施工中可能受凍融作用時(shí),那么優(yōu)先選用普遍硅酸鹽水泥,不宜采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。2.2.2外加劑外加劑應(yīng)符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一等品以上的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),與水泥的相容性好,其使用應(yīng)不影響布局的強(qiáng)度,并應(yīng)具有微膨脹、鞏固、坍落度提高和損失小、收縮小等特點(diǎn)。

2.2.3骨料根據(jù)泵送管路的內(nèi)徑,盡可能選用粒徑較大的碎石。嚴(yán)格操縱含泥量不大于1%,吸水率不大于1.5%,針、片狀物含量不大于15%,粒徑以5～31.5mm為宜,最大不超過(guò)40mm。

2.2.4摻合料在普遍混凝土中摻入活性礦物,如硅粉、磨細(xì)礦渣、粉煤灰等,可以改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)組成,改善集料與水泥石的界面布局和界面區(qū)性能。

這些對(duì)增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的付出。

2.3混凝土合作比在高性能混凝土中,除摻入高效減水劑外,還摻入了活性礦物材料,它們不但增加了混凝土的致密性,而且也降低或消釋了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)的同時(shí),也大幅度地提高了混凝土的耐久性。在得志抗?jié)B要求的前提下,盡量裁減水泥用量。在設(shè)計(jì)允許的前提下,大體積防水混凝土(因大多摻有礦物摻加料)可采用后期強(qiáng)度(60d或90d)舉行合作比設(shè)計(jì)。

2.4施工工藝做好施工過(guò)程中的降水、排水工作,務(wù)必做到圍護(hù)布局無(wú)滲漏水,嚴(yán)禁帶明水澆注主體布局混凝土。

對(duì)于明挖法施工采用排樁圍護(hù)的布局,樁間凹槽部位應(yīng)采用噴射混凝土和防水砂漿找平,盡量裁減基面對(duì)新澆注的側(cè)墻混凝土收縮的約束。

制止在火熱的夏季露天澆筑防水混凝土,夏季施工時(shí)宜將砂石預(yù)冷,例如向砂石堆上噴灑水溫低的地下水或?qū)⑸笆谏w。而冬季拌合混凝土?xí)r,應(yīng)將拌合水適當(dāng)加熱,使混凝土入模溫度保持在5～10℃以上。

混凝土布局內(nèi)部設(shè)置的各種鋼筋或綁扎鐵絲不得接觸模板,固定模板的螺栓務(wù)必穿過(guò)混凝土布局時(shí)應(yīng)有止水措施。

合理劃分施工段長(zhǎng)度,適當(dāng)縮短施工縫間距,分段長(zhǎng)度宜操縱在12m以內(nèi)。

底板、邊墻、頂板施工縫盡可能對(duì)齊,必要時(shí)采取跳槽施工,也可采用后澆帶。

2.5混凝土后期養(yǎng)護(hù)普遍混凝土一般在澆筑后12h內(nèi)即開(kāi)頭養(yǎng)護(hù)。在氣溫高于攝氏5℃時(shí)一般采用灑水或蓄水養(yǎng)護(hù),即自然養(yǎng)護(hù);如平均氣溫低于攝氏5℃,不得澆水,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能少于14d,且蓄水養(yǎng)護(hù)更優(yōu)于灑水養(yǎng)護(hù)?；炷镣庥^不便澆水時(shí),應(yīng)涂刷養(yǎng)護(hù)層,如薄膜養(yǎng)生液等。

3既有隧道滲漏治理在地鐵隧道中,滲漏主要發(fā)生在裂縫、疏松區(qū)、施工縫、變形縫等部位,這些部位的有效防水是保障其安好運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。

3.1裂縫滲漏治理裂縫滲漏治理構(gòu)造見(jiàn)圖1。其工藝流程為:清理裂縫外觀→沿裂縫開(kāi)U字槽→沿裂縫兩側(cè)鉆孔→安裝止水針頭→水泥基聚合物砂漿封堵→沖洗裂縫→注射漿料→二次注漿→再注水→外觀處理→放線→裂縫部位開(kāi)槽→涂刷2遍優(yōu)止水→養(yǎng)護(hù)。

3.2疏松區(qū)域滲漏治理疏松區(qū)域滲漏治理構(gòu)造見(jiàn)圖2。其工藝流程為:放線→徹底剔除松動(dòng)混凝土(至少保障清理后的混凝土基面距銹蝕鋼筋25mm)→清理清洗界面→埋注漿管引水→界面涂刷優(yōu)止水→鋼筋做除銹阻銹處理→UP2000布局修補(bǔ)劑修補(bǔ)→向注漿管注漿止水→外觀涂刷優(yōu)止水→養(yǎng)護(hù)。

3.3施工縫漏水治理施工縫漏水治理構(gòu)造見(jiàn)圖3。其工藝流程為:沿漏水裂縫剔槽,槽內(nèi)放背襯→槽內(nèi)埋注漿管→再放背襯→立止水封堵→管內(nèi)注水→注漿→再注漿→再注水→封堵注漿咀→涂刷2遍優(yōu)止水→養(yǎng)護(hù)。

3.4變形縫滲漏治理變形縫滲漏治理構(gòu)造見(jiàn)圖4。其工藝流程為:徹底除掉原有嵌縫材料→鑿除松動(dòng)破損混凝土→高壓水沖洗界面→(如縫口破損應(yīng)對(duì)銹蝕鋼筋除銹阻銹→破損面修補(bǔ))→放置背襯用立止水封堵縫隙→麻絲背襯放置注漿管→再用快干水泥封堵注漿管→向注漿管注水→注漿→再注漿→再注水→沿變形縫兩側(cè)磨槽(寬400mm、深1.5mm)→用優(yōu)止水涂刷2遍→槽內(nèi)放置PS條→嵌入聚氨酯密封膏封縫。

3.5隧道內(nèi)壁混凝土整體封閉病害治理完畢后,在整個(gè)外觀使用防水密封劑舉行整體封閉處理,可以裁減混凝土中電解液的含量,裁減被修補(bǔ)區(qū)域(陰極)和未修補(bǔ)區(qū)域(陽(yáng)極)間的電位差,從而降低銹蝕速度。工程實(shí)踐說(shuō)明,在混凝土外觀整體涂刷聚合物改性水泥基滲透結(jié)晶材料,可以有效地起到防水、防碳化的作用。

4結(jié)論混凝土產(chǎn)生裂縫是不成制止的,但其有害程度是可以有效操縱的,裂縫的操縱與防治應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工兩