水工构筑物混凝土墙体裂缝与防治

水工构筑物混凝土墙体裂缝分析与防治〔摘要〕对杭州市**集团有限公司某泵站清水池(50.5米×42.5米)的混凝土裂缝情况进行调查；分析了该水池混凝土裂缝的特征、产生的原因和可能的危害性，并提出了预防这种混凝土裂缝的措施和建议，同时它将对其他水工构筑物以及房建工程地下室裂缝成因分析具有借鉴意义。Abstract：Thearticlewilldosomeresearchaboutthecistern-cracksinpumpstationsofHangzhouWaterGroupCo.,LTDandanalyzethecharacteristic,thecauseandpossibleharmfulnessaboutthem,andhavesubmittedmeasuresandsuggestionagainstthecracks.Atthesametimeitwouldbehelpfultojudgethecauseofcracksinotherstructure.〔关键词〕：混凝土裂缝分析预防KeyWords:Concrete-cracksAnalysisPrevention〔正文〕一、工程概况杭州市**集团某泵站工程清水池，占地面积约为2100平方米（50.5米×42.5米），墙中位置设置沉降缝，池体高度5.7米（其中地下2.4米，地上3.3米），池壁厚度为0.5m，底板厚度为0.8m。本工程混凝土强度等级C25，砼内掺10%HEA膨胀剂，混凝土保护层厚度为40mm。二、裂缝调查（1）调查内容包括裂缝位置、长度、宽度、深度、性质及发展情况等。（2）调查手段本次调查采用的设备和工具主要有以下几种：A:裂缝位置主要根据设计图，借助于钢尺、相机等进行检查调查，并绘制裂缝分布图。B:裂缝宽度使用塞尺、刻度放大镜进行测量。C:裂缝长度用钢尺和皮尺测量。D:裂缝深度沿池壁裂缝，凿开“V”形口，测算得到裂缝深度。E:其他自然因素室外平均气温40℃；自然养护。（3）本工程裂缝调查表1裂缝情况表部位裂缝长度（m）裂缝宽度（mm）裂缝深度（mm）裂缝数（个）发展情况池壁1/3跨4.0～4.50.06～0.1115～20243-7天成型，后停止成长裂缝主要集中于池壁1/3跨附近，并且裂缝均垂直地面且相互平行，宽度自中向两端逐渐变窄。三、裂缝原因研究（1）混凝土裂缝的类型和原因混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。混凝土的裂缝按引起裂缝产生的原因把混凝土裂缝分为二大类：第一大类，由外荷载引起的裂缝，包括按照常规计算的主要应力引起的“荷载裂缝”，以及由结构本身自重引起的裂缝，通称为结构性裂缝、受力裂缝。第二大类，由变形变化引起的裂缝，包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝，也称非结构性裂缝。上述两类裂缝的区别是：前者在外荷载的作用、结构内力的形成，直至裂缝的出现与扩展，似乎都在同一时间瞬时发生并一次完成，是个“一次”过程。而变形荷载的作用，从环境的变化，变形的产生，到约束应力的形成，裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间瞬时完成的，它有一个“时间过程”，称之为“传递过程”，是一个多次产生和发展的过程。（2）本工程裂缝原因分析根据调查结果分析，以及对清水池裂缝的跟踪调查，有些裂缝有进一步发展趋势，且有新的裂缝产生，裂缝的产生表现为“时间过程”，即3天左右出现跨中裂缝，同时亦产生非跨中裂缝，7天后暂停生长，呈现由变形变化引起的裂缝特点。根据裂缝特点，分析其原因有以下几方面：A:混凝土配合比原因根据搅拌站提供的原材料实际计量数据看，其用水量波动较大，可能导致混凝土质量波动也较大，水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1/10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。B:施工原因根据在现场对施工过程的观察、对现场混凝土的检查和对施工人员的访问，发现有几个问题：一是混凝土的早期养护不到位。养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著，直接影响混凝土的抗裂能力。并且施工季节正式在7-8月之间，室外混凝土表面温度可达40～50℃，现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。二是拆模时间过早。在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。因此，在混凝土产生足够强度以前，不应过早拆模以及在混凝土施工面上过早从事其它准备工序，同时应加强养护，对于池顶可以采用蓄水养护；对于池壁，为了防止水分的过度蒸发，可以延长侧模的拆除时间，同时采用在池壁挂草袋养护。三是混凝土的振捣不充分。现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。四是混凝土的温度控制不当。如，拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；在混凝土中埋设水管，通入冷水降温等。在炎热天气下，应尽量降低集料与拌合水的温度，因为与其他材料相比，这些材料在拌合后对混凝土温度影响比较大。

混凝土拌合物中每种材料对新拌混凝土温度的贡献与每种材料的温度、比热和每种材料的质量有关。我们可以根据公式大致推断出新拌混凝土温度：

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

式中，T——新拌混凝土温度，℃；

Ta，Tc，Tw，Twa——集料、水泥、拌合水和集料中自由水的温度，℃

Ma，Mc，Mw，Mwa——集料、水泥、拌合水、集料中自由水的质量，kg。

在混凝土所用材料中，水最易冷却。我们要尽可能使用较冷的水源，这些水源不要直接暴露在太阳光下，储水池和运输水的管道应该埋藏、隔热、遮阳或漆成白色，使水尽可能保持较低的温度。水可以用制冷、液氮或冰进行冷却，通常拌合水温度降低2.0℃～2.2℃可以使混凝土温度降低0.5℃。但是，拌合水在整个拌合物中所占的比例很小，所以若单独冷却水，混凝土温度降低的幅度一般不超过4.5℃。四、裂缝危害性分析裂缝危害性主要按照有关规范允许的最大裂缝宽度来进行分析。（1）《给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）》规定钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度见表2所示。表2钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值序号结构构件所处的条条件δmax(mm)1经常处于水下的结结构水质无侵蚀性水力剃度i≤200水力剃度i>2000.300.20水质有侵蚀性水力剃度i≤200水力剃度i>2000.250.152水位变动区的结构构水质无侵蚀性年冻融循环次数小小于50年冻融循环次数大大于500.250.15水质有侵蚀性或海海水0.153水上结构0.30（2）裂缝性质分析据上述我国有关标准，可以将混凝土裂缝定性标准为：A:宽度小于标准规定值者属于无害、可修复的裂缝；B:宽度超过规定值者，一般需要由设计、施工、监理、业主等有关方面共同商定处理方案。C:活裂缝需要进一步观察，待其基本稳定后，才能确定处理方案。根据本工程实际所处环境和用途，裂缝宽度的允许值取0.2mm为宜，实际裂缝<0.2mm，属于无害、可修复的裂缝。五、裂缝修补方法：水池裂缝漏水的修补方法，主要有两大类：抹面堵漏法和注浆堵漏法。抹面堵漏法大面积渗漏水1、氯化铁防水砂浆浆抹面；2、喷涂水泥泥基渗透结晶晶型防水涂料料；3、聚合物水水泥砂浆抹面面。孔洞漏水1、水玻璃促凝剂；；2、堵漏剂（801堵漏剂、堵堵漏粉）。裂缝漏水1、直接堵漏法（水水压2N以下）；2、下线堵漏法（水水压2-4N）；3、铁皮堵漏法（水水压4N以上）。其他漏水情况1、蜂窝麻面漏水处处理；2、地面普遍遍漏水。注浆堵漏法1、水泥注浆法；22、化学注浆浆法（聚氨酯酯、环氧树脂脂、丙凝）。本工程中，由于产生的裂缝均为线状裂缝，同时结合饮用水水质安全考虑，采取直接堵漏法进行修补：沿裂缝处剔成深3cm、宽1.5cm左右的八字形边坡沟槽，用水冲洗表面，用较池体砼高一等级的新砼（C30）内掺12%HEA膨胀剂进行修补，经养护达到设计强度后，进行蓄水试验。六、预防裂缝的措施和建议(1)搅拌站应该加强原材料质量检测和控制，特别是砂石含水量和含泥量的检测和控制，同时尤其应该控制水灰比，以确保混凝土本身的质量稳定；进一步优化混凝土配比，提高混凝土抗裂能力；对一些必要的试验检测工作应予加强，如混凝土收缩试验等；有条件的者，尽量降低成品搅拌混凝土的温度。(2)施工单位应该重视施工质量和加强质量管理，特别是要重视混凝土振捣（避免漏振、少振）、养护工作（尤其注重早期养护效果）、掌握好模板拆除时间和方法，保证模板的牢固，钢筋保护层的准确以及表层钢筋的数量等；作好日常的施工记录，包括养护记录、施工异常情况处理记录。严格按照设计图纸进行施工，特别是要保证钢筋位置和数量，否则会造成严重后果；对于水灰比过大（一般水灰比≤0.70）的混凝土严格不用。(3)提高混凝土膨胀剂的掺入量。由原设计掺入10%HEA型混凝土膨胀剂增加至12%,以减少混凝土硬化时产生收缩。七、研究的意义与结论混凝土裂缝控制是个实践性很强的课题，而且在结构的耐久性、安全性等方面起着决定性的影响。根据现场调查结果、理论分析和实践证明，得出以下结论：(1)本清水池的池壁裂缝主要由混凝土硬化时产生自缩为主因。(2)清水池池壁出现裂缝时应该客观分析裂缝性质，并采取经济、有效的修补方法，以免影响正常使用。(3)清水池池壁裂缝预防尤其需要从混凝土配制、浇筑、养护等方面着手。(4)本水池自2006年建成以来，当时出现上述裂缝情况，经过修补处理后，满水试验合