水閘閘墩裂縫的成因及預(yù)防措施

文敏

（安徽水利開(kāi)發(fā)股份有限公司，安徽 蚌埠233000）

1 引言

水閘是泵站中最常見(jiàn)的建筑物之一，是典型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘墩部位因諸多因素易產(chǎn)生裂縫。這種現(xiàn)象長(zhǎng)期一直以來(lái)困擾著建筑工程界，沒(méi)有得到很好的解決。水閘混凝土裂縫的出現(xiàn)給水閘本身帶來(lái)很多的弊端，給水閘各功能帶來(lái)不同程度的危害。在多方面收集相關(guān)資料及調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)水閘混凝土裂縫的成因及防治進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

2 水閘閘墩裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 閘墩混凝土內(nèi)外溫差大，導(dǎo)致裂縫

2.1.1 閘墩為大體積混凝土，因?yàn)槠鋬?nèi)外的散熱條件不同，熱量的傳遞易在內(nèi)部積存,導(dǎo)致內(nèi)部溫度逐步高于外部溫度。在升溫階段，外部混凝土散熱條件好，熱量容易散發(fā)；而內(nèi)部混凝土散熱條件差，內(nèi)部熱量散不出去，導(dǎo)致閘墩內(nèi)外產(chǎn)生較大溫度差。

2.1.2 因閘墩內(nèi)部散熱性能較低，在外界降溫階段造成外部混凝土溫度低于內(nèi)部。使閘墩內(nèi)外混凝土形成了一溫度梯度，導(dǎo)致了其變形的不一致。內(nèi)部膨脹受到外部的限制，或相應(yīng)地外部收縮受到內(nèi)部約束，于是在外部混凝土中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土拉應(yīng)變達(dá)到其極限拉應(yīng)變，裂縫就由此產(chǎn)生。

2.1.3 水閘所處的物理環(huán)境溫度變化也會(huì)對(duì)閘墩裂縫造成影響。特別是遇到寒潮襲擊、表面溫降特別大時(shí)，裂縫更為嚴(yán)重。

2.2 閘墩混凝土的水分揮發(fā)嚴(yán)重且不均，導(dǎo)致裂縫

2.2.1 一方面外部混凝土水分的蒸發(fā)程度、速度均大于內(nèi)部的混凝土，另一方面外部混凝土收縮的程度大于內(nèi)部混凝土。就使得外部混凝土整體的拉應(yīng)力逐漸增大，導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生。

2.2.2 閘墩混凝土內(nèi)部的水分，一部分提供了水泥水化的需要，另一部產(chǎn)生流失，但大部分水分是在澆搗完畢后慢慢蒸發(fā)掉。隨著水泥的凝結(jié)、硬化，混凝土中的水分在未飽和空氣中慢慢散失，引起混凝土的水分蒸發(fā)及含濕量的不均勻分布，形成濕度變化梯度，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

2.3 混凝土自生體積變形，導(dǎo)致裂縫

2.3.1 由于水泥水化時(shí)消耗水分造成凝膠孔的液面下降，形成彎月；另一方面，水泥供水不足時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自干燥作用，使混凝土體相對(duì)濕度降低，體積變小。水閘閘墩斷面尺寸雖然不是很大，但屬于必須解決水化熱問(wèn)題的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。影響混凝土自生體積收縮的因素主要是材料的化學(xué)成分和水灰比。

2.3.2 排除混凝土的水分蒸發(fā)，其各組成部分的化學(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生自生體積變形。在底板約束影響范圍內(nèi)，膨脹型自生體積變形會(huì)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，有利于防裂；收縮型自生體積變形則不利于防裂。普通混凝土的自生體積變形通常為收縮型的?；炷恋淖陨湛s一般在拆模之前完成。雖然其量值不大，但如果同其他收縮加在一起，就會(huì)使表面拉應(yīng)力增大，產(chǎn)生裂縫。因此，必須考慮自生收縮參與溫度收縮等疊加的影響。

2.4 外部約束導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫

2.4.1 閘墩是底部固結(jié)在底板上，上部自由的結(jié)構(gòu)。外部約束主要受閘墩的分縫長(zhǎng)度和底板與閘墩混凝土的澆筑時(shí)間間隔影響。閘墩在沿其高度方向可以自由伸縮，不受約束；厚度方向由于閘墩厚度不大，約束很?。欢谘厮鞣较?，則受底板約束相對(duì)很大。

2.4.2 閘墩混凝土澆筑早期，產(chǎn)生大量水化熱，溫度升高，體積膨脹，受到底板約束，產(chǎn)生壓應(yīng)力，但彈性模量低，產(chǎn)生的壓應(yīng)力很小。隨著熱量的散發(fā),混凝土開(kāi)始降溫，加之干縮、自生體積變形等影響，體積開(kāi)始收縮，同樣受到底板約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，此時(shí)混凝土彈性模量已增大很多，產(chǎn)生的拉應(yīng)力足以很快抵消早期產(chǎn)生的壓應(yīng)力，并進(jìn)而出現(xiàn)較大的凈拉應(yīng)力。由于沿水流方向受到的約束最大，則該方向的拉應(yīng)力也最大，此時(shí)混凝土齡期短，強(qiáng)度低，產(chǎn)生的拉應(yīng)力易超過(guò)其抗拉強(qiáng)度，于是在閘墩上產(chǎn)生了常見(jiàn)的垂直于底板和水流方向的裂縫。

3 預(yù)防閘墩混凝土裂縫的預(yù)防措施

根據(jù)以上的分析可知，混凝土各種不同情況下的開(kāi)裂有著多方面的原因，并且通常是多方面作用的結(jié)果。為防止混凝土的開(kāi)裂，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。

3.1 選擇合理的原材料配合比

3.1.1 為了降低水化熱，可采用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。減少水泥用量，可降低水化熱，降低混凝土的拉應(yīng)力。

3.1.2 在混凝土中摻活性混合料，如在混凝土中摻粉煤灰，可使混凝土最高溫度降低，并可將達(dá)到最高溫度的時(shí)間向后推遲，有利于熱量消散，用時(shí)間控制裂縫。

3.1.3 使用外加劑進(jìn)行裂縫的預(yù)防。例如摻加20%粉煤灰、緩凝劑、減少劑等可減慢混凝土放熱的速度，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.1.4 使用膨脹劑可以補(bǔ)償混凝土的自生收縮，產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，抵消結(jié)構(gòu)由于收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力。要注意膨脹劑應(yīng)使用在閘墩底部有外部約束的部位，注意各部位混凝土膨脹變形的協(xié)調(diào)性，避免內(nèi)部膨脹大于表面膨脹現(xiàn)象的出現(xiàn)。

此外,要特別注意混凝土合理配合比的設(shè)計(jì)。

3.2 嚴(yán)格控制施工方法及工藝

3.2.1 為了使混凝土更好地散熱，可分層澆筑混凝土，分層的深度為1.0～1.5m。上一層混凝土的澆筑在前一層混凝土初凝前澆完，最底一層混凝土可與底板同時(shí)澆筑，這樣就可削弱或消除底板對(duì)閘墩混凝土的約束。

3.2.2 對(duì)于不滲水的干燥縫的處理，首先用環(huán)氧膩?zhàn)泳鶆蚍饪p，然后使用結(jié)構(gòu)膠將裂縫兩邊各2cm范圍內(nèi)的表面批2~5mm厚做第二道密封層，以確保灌漿時(shí)裂縫中的漿液不會(huì)泄漏。

3.2.3 對(duì)于潮濕縫的處理，首先用堵漏劑堵水，待干燥后，在裂縫兩邊各2cm寬的范圍用結(jié)構(gòu)膠批2~5mm厚做為保護(hù)層，確保裂縫不漏漿。

3.2.4 按由下而上的順序進(jìn)行灌漿。灌漿過(guò)程中,保持工作壓力在0.1~0.3Mpa，當(dāng)灌到最后一個(gè)灌漿嘴時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大壓力迸漿。漿液固化以后,沿裂縫走向,鑿除封縫用的結(jié)構(gòu)膠、灌漿嘴及殘留物,，并用聚合物水泥砂漿找平對(duì)裂縫表面進(jìn)行防護(hù)。

3.3 進(jìn)行溫度控制

3.3.1 降低混凝土的入倉(cāng)溫度，使現(xiàn)場(chǎng)新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

3.3.2 在高溫期拌和時(shí)，加入冰片代替一部分水進(jìn)行混凝土冷卻。

3.3.3 澆筑時(shí)間選擇在秋季,而且避開(kāi)午間高溫時(shí)澆筑。

3.3.4 對(duì)運(yùn)送混凝土的工具或澆筑倉(cāng)面采取遮陽(yáng)和降溫措施，在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，用人工冷卻水進(jìn)行人工導(dǎo)熱，降低混凝土的內(nèi)部溫度。

3.3.5 對(duì)于外部混凝土進(jìn)行隔熱保護(hù)，以調(diào)節(jié)表面溫度下降的速度,使內(nèi)外溫差減小。

3.4 定期進(jìn)行閘墩養(yǎng)護(hù)

3.4.1 早期養(yǎng)護(hù)可以在模板未拆時(shí)，盡可能減少環(huán)境風(fēng)速。

3.4.2 拆模后可從結(jié)構(gòu)頂部澆水或淋水，保證混凝土表面濕潤(rùn)，若在閘墩四周裹上不透氣塑料膜后再澆水或淋水，則養(yǎng)護(hù)效果會(huì)更好。

3.4.3 拆模后立即在混凝土表面涂上防裂劑，以便能起到保濕的作用。

4 結(jié)論

水閘閘墩混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題突出且復(fù)雜，已受到越來(lái)越多的重視。在采取防裂預(yù)防措施時(shí)，要分析其主要原因，綜合考慮各種預(yù)防措施對(duì)混凝土抗裂能力的評(píng)價(jià)，以便采取最為有效的防裂措施；同時(shí)要加強(qiáng)科學(xué)研究工作，分析裂縫產(chǎn)生的內(nèi)在動(dòng)因，以便提出新的技術(shù)、新的方法；另一方面要加設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)管部門(mén)之間的合作，盡力將裂縫降低到最小程度。

[1]鐘偉平，水閘閘墩墩裂縫的產(chǎn)生及防控[J]，廣東建材，2008年第7期.

[2]古麗巴哈爾·阿熱甫，水閘閘墩細(xì)微裂縫成因及防治措施[J]，新疆水利，1009年第1期.