南水北调中线渠道机械化衬砌混凝土裂缝预防与处理

吕爱民

摘要:裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低渠道板面的抗渗能力,从而影响整体外观形象,另外由于混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响混凝土的承载能力,因此要对混凝土裂缝预防处理要区别对待,采用合理的预防措施与处理方法,有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展,并且经处理后节约成本,保证混凝土机械衬砌的快速发展。

关键词:裂缝;施工;渠道

南水北调中线渠道工程施工的混凝土面板,采用机械化衬砌,施工过程中产生了不同程度的裂缝,为了预防裂缝的产生与处理,在施工过程中总结了些经验,在此阐述如下:混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,这样就降低混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力,影响渠道外观、使用寿命,混凝土裂缝产生的原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有机械设备在施工过程中引起的裂缝;有养护环境不当引起的裂缝等等。根据实际情况,在施工过程中分析裂缝产生的原因来采取预防及处理。

1 渠道机械化衬砌混凝土工程中常见的裂缝及预防

1.1 干缩裂缝及预防

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩,且这种收缩是不可逆的。裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果:混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低,水泥浆体干缩越大,裂缝越易产生。裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度多在0.05~0.2mm之间,裂缝通常会影响混凝土的抗渗性及外观。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。

主要预防措施:⑴选用收缩量较小及安定性稳定的水泥,一般采用中低热及强度较高水泥和粉煤灰水泥。⑵混凝土的干缩受水灰比的影响较大,水灰比越大,干缩越大,因此在混凝土配合比中应尽量控制好水灰比的选用,同时掺加合适的减水剂。⑶严格控制混凝土施工中的配合比、坍落度、机械滑模的行走速度、提浆机提浆、抹面时间。⑷加强混凝土的早期养护,并适当延长其养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间,覆盖采用塑料薄膜及加厚草帘。⑸严格按照设计要求切割收缩缝(混凝土强度在5Mpa左右为最佳)。

1.2 塑性收缩裂缝及预防

塑性收缩是在混凝土凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩。裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一,互不连贯状态。较短的裂缝一般长20~30cm,较长的裂缝可达2~3m,宽1~5mm,容易使混凝土板面形成贯穿性裂缝。其产生的主要原因为:混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使其体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

主要预防措施:⑴选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。⑵严格控制水灰比,掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性,减少水泥及水的用量。⑶浇筑混凝土之前,将底层保温板及土基面用水湿润。⑷及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草帘、无纺布,保持混凝土终凝前表面湿润,或在混凝土表面喷洒养护剂进行养护。⑸在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施,及时养护,尽量避免施工。

1.3 沉陷裂缝及预防

沉陷裂缝的产生是由于地基土质不匀、松软,回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或因为保温板与基面接触不紧密,保温板有翘动现象导致,特别是在冬季,保温板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈30°~45°角方向发展,较大的沉陷裂缝,往往有一定的错位,且裂缝宽度与沉降量成正比关系。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。另外,通缝切割不及时,及留置不当同样会造成。

主要预防措施:⑴对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固,严格杜绝坡面土方超挖。⑵防止混凝土浇灌过程中地基被水浸泡。⑶及时切割通缝,按设计要求正确留置沉降缝。

1.4 温度裂缝及预防

本工程温度裂缝多发生在混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,由于昼夜温差较大,很容易造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明当混凝土本身温差达到25℃~26℃时,混凝土内便会产生大致在5MPa左右的拉应力)。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

主要预防措施:⑴改善骨料级配,掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量,降低水化热。⑵在气温较高时,采取一些办法(在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂,改善混凝土拌合物的流动性、保水性,降低水化热,推迟热峰的出现时间。来降低混凝土的入仓温度。⑶加强混凝土养护,及时用湿润的草帘、无纺布等覆盖,适当延长养护时间。

2 针对渠道机械化衬砌混凝土裂缝处理措施

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度以及渠道外观,还会引起加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况简述如下处理措施:

2.1 裂缝处理材料的选用

采用施工单位、监理、设计、业主经论证后的专用材料

对于缝宽≤0.2mm的裂缝采用水泥基渗透结晶型刚性防水材料进行表面涂抹处理;对于缝宽0.2<δ<0.4mm的裂缝采用水泥基柔性防水材料进行表面涂抹处理;⑶对于缝宽≥0.4mm的裂缝嵌缝采用聚硫密封胶进行凿槽嵌缝处理;

2.2 裂缝处理的措施

表面涂抹水泥基渗透结晶型防水材料(缝宽≤0.2mm)

防水基面预处理。除去浮灰、水泥浮浆,并用水冲洗干净,空鼓、疙瘩以及起皮等疏松部位,将其铲除,并用水冲洗。若表面较光滑,用钢丝刷、砂磨机等工具将表面打磨粗糙后,在用水冲洗。必须用水充分浸透防水基层,而不可仅仅是表面湿润。

料浆制备(根据说明书)完成后,根据待涂面积,确定水泥基渗透结晶型防水材料用量并称量。在裂缝混凝土表面直接涂刷,涂刷范围裂缝两侧各10cm,涂刷一遍,厚度约1mm。采用圆形轨迹的方式涂刷,避免出现漏刷。

养护。养护以喷洒水雾为主,当涂层固化到不会被洒水损坏时养护就可以开始,每天喷洒水雾至少3次(当天气炎热干燥,水分散失快时,喷洒水雾的次数应相应增加,并应采取遮荫或以潮湿的麻布覆盖等保护措施),连喷3天以上。养护期间严禁采用不透气的材料(如:塑料薄膜等)直接附于涂层上。禁止用污水、压力水养护涂层,也不得用水浸泡养护。

施工温度

施工环境温度不宜低于5℃,不宜高于40℃。

表面涂抹水泥基柔性防水材料(缝宽0.2<δ<0.4mm)

水泥基柔性防水材料涂抹前,基层混凝土强度应不低于设计值的80%。

基层应平整、坚固、洁净,无浮尘杂物,不得有疏松、凹陷处;如果有油污、孔洞等要进行清洗、修补处理。

施工前,基层面要保持基本干燥,无大面潮湿面时即可施工。

施工主要采用人工抹面方法,在裂缝两侧各10cm范围内涂刷。涂刷一遍,厚度2mm,表面应压实、抹平。

水泥基柔性防水材料凝结后,进行自然养护,养护温度不低于5℃。

水泥基柔性防水材料未达到硬化状态时,不得浇水养护或直接受雨水冲刷。

2.3 凿槽嵌缝(缝宽≥0.4mm)

使用开凿工具,沿裂缝方向凿成一个宽25mm、深38mm的“U”槽沟,根据裂缝实际情况可以稍有区别,但应满足槽深为槽宽的1.5倍。不要将槽沟凿成“V”。

清除缝内的污物及杂质,确保施工面干净,涂抹建面剂。

将拌制好的材料填入槽内压实,为确保表面的平整度,用抹刀用力来回刮平。