混凝土技术要点

1水工混凝土建筑物病害技术要点介绍在国外，自1824年正式生产水泥以来，至今已有170余年历史。在国内，自1906年我国自己生产水泥以来，至今不足百年，而在甘肃生产水泥则是在解放以后了。所以我国混凝土建筑物是从50年代后，特别是在70年代后才大量出现。随着混凝土工程使用年限的延长，混凝土工程由于环境条件的影响，施工质量不佳或设计不当，混凝土工程会产生种种病害，降低结构物质量，影响安全运行。水工混凝土建筑物常见病害主要有裂缝、渗漏、冻融、地基变形、冲磨空蚀、碳化、钢筋锈蚀及硫酸盐腐蚀等等。这些病害问题日渐突出，已引起国内工程界和学术界的关注。修补已建混凝土建筑物比新建更难，为此，我国不少科研单位对此项技术的研究已进行了十余年工作，并取得一批有推广价值的成果，混凝土病害处理已成为建筑业中的一个重要行业。现结合水工混凝土病害问题的实际，主要的介绍各类病害的诊断、预防和修补技术等主要内容，目的是为了引导，使工作在第一线的水利水电工程技术人员，特别是县上广大技术人员学习掌握这些基本知识，唤起我省水行业有关方面更广泛的重视，以便使我省水利水电工程建设及运行管理得更好。一、混凝土表面蜂窝麻面、气孔和孔洞1混凝土表面蜂窝麻面在混凝土浇注拆模后，在表面个别部位有时会出现无水泥沙浆露出石子深度大于5mm,小于钢筋保护层的较深孔隙群，外观称蜂窝麻面。造成这种缺陷的原因一般多为振捣不密实，或模板接缝处或新老混凝土结合处漏浆所致。（1）防治：主要应改善施工工艺，提高模板制作安装质量，混凝土浇注时要加强振捣等。（2）修补：近年来多用聚合物改性水泥砂浆修补，此材料类似被修补的混凝土性能为钢筋提供了碱环境，价格较便宜，仅为环氧砂浆价格的1/3-1/4。施工时首先将蜂窝麻面清理干净，先涂一层水泥与聚合物胶乳之体积比为2：1的粘结层，当其处于潮湿状态时立即修补聚合物改性水泥砂浆，补平即可。聚合物固体在沙浆中的含量为10%，水泥与砂子的比为1：2.5-1：3。一般的建筑用砂即可。聚合物常用材料有丙烯酸胶乳和丁苯胶乳。普通水泥砂浆硬化后由于剩余水份蒸发会产生收缩，导致水泥基体出现4-6μm宽的深层微裂缝。掺入聚合物乳液后，水灰比减少（乳液可代替水），使这种微裂缝宽度可以降低到1-2μm。另外聚合物在砂浆体内穿过，微裂缝能形成弹性链，从而增加了砂浆的抗拉、抗磨强度，同时减少了砂浆的渗透性。所以聚合物改性水泥砂浆也是一种较好的防渗漏材料。例如目前在国内外用的最多的丙乳水泥砂浆，其抗渗性比普通砂浆提高1倍以上，与老混凝土的粘结强度比普通砂浆提高1倍以上，丙乳砂浆的吸水率仅为普通砂浆的1/4，因而增加了抗冻融破坏性能。2混凝土表面气孔混凝土浇筑拆模后，在表面常出现豆状不连续的小孔，是模板表面积留的水或空气引起的。如模板表面具有一定的吸收性，气孔可以减少；有的是由于振捣不充分；脱模剂和混凝土配合比对产生气孔有很大的影响；粘性大的混凝土比粘性小的混凝土更易产生气孔。但一般在混凝土上部表面、或模板向内倾斜的情况下，气孔则很难避免。（1）防治：调整混凝土配合比，加减水剂提高混凝土和易性、使用可吸收性模板、加强振捣及改变脱模剂等。（2）修补：一般的可以不做修补。对特殊要求的过流混凝土表面，可用300-600μm细砂，水泥砂浆配合比为１：１～１：２，为修补材料与混凝土颜色一致，经试验普通硅酸盐水泥可用适量白水泥代替。另外掺入聚合物胶乳（如丁苯乳胶或丙烯酸胶乳）拌合成聚合物改性水泥砂浆，充填气孔，然后用光滑石板压抹使之光洁。３混凝土表面孔洞如墙面出现轻微少量的深度不大于粗骨料直径的孔洞，通常是振捣严重不足或漏浆严重引起的，可用处理蜂窝麻面的方法进行修补。如出现超出此范围的大的洞穴，一般多为漏振引起，应及时打掉重新浇筑混凝土，做返工处理。2二、混凝土裂缝混凝土有微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝，是在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土内部存在肉眼不可见的裂缝，称微观裂缝。微观裂缝包括：粘着裂缝：骨料与水泥石粘接面上的裂缝；水泥石裂缝：在骨料之间水泥浆中的裂缝；骨料裂缝：指骨料本身的裂缝。微观裂缝的成因，是在混凝土硬化时，产生体积变形，但不均匀，水泥石收缩大，骨料收缩小，水泥石的热膨胀系数大，骨料小，它们之间的变形不是自由的，产生互相约束力，设不变形的圆形骨料均匀的分布于均质弹性水泥石中，当水泥石收缩时产生内应力，此应力可引起骨料与水泥石粘接面上的微细裂缝及水泥石本身的微细裂缝。肉眼可见裂缝一般界定以0.05mm为界，大于等于0.05mm的裂缝称宏观裂缝，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。荷载试验表明，当混凝土受压，荷载在30％极限强度以下时，微裂几乎不变动，到30％-70％极限强度时，微裂开始扩展并增加，到70％-90％极限强度时，微裂显著扩展并迅速增多，且微裂相互间串联起来，直至完全破坏。就是说混凝土在外部条件作用下，宏观裂缝是由混凝土本身的微观裂缝扩展而成的。在裂缝引起的各种不利后果中，渗漏占60％，从物理概念上说，水分子直径约0.3nm,可穿过任何肉眼可见裂缝。在国外，对储水结构裂缝宽度是否处理的临界值，多数国家均规定为0.1mm混凝土裂缝是不可避免的，其有害程度是可以控制的。下面主要介绍几种常见的宏观裂缝。1塑性裂缝（1）塑性收缩裂缝混凝土浇注暴露的混凝土表面因风吹日晒迅速蒸发变干体积缩小变形，而内部仍旧是塑性体，在刚施工完甚至还没有浇注完时出现的裂缝。这种裂缝通常不连续，很少发展到边缘，在素混凝土结构中，典型裂缝呈对角线方向，缝长一般较短，30cm左右，严重时裂缝也能互相连通，如有钢筋，裂缝方向会有改变。防治方法一定要在施工期间防治风吹日晒，施工一完要立即覆盖混凝土表面，加强洒水养护。另外，掺引气剂可以减少收缩裂缝。对这种裂缝，如发生在水平施工缝，在浇注下层混凝土前用水泥浆灌注封堵即可（当然首先要设法避免出现这种裂缝）。对薄板结构的表面则要防止出现这种裂缝。⑵塑性沉降裂缝在混凝土深层断面，浇注后会不断下沉，当混凝土开始初凝时如遇到钢筋或模板连接螺栓、或模板磨檫力等会阻止这种沉降缝时，则会产生沉降裂缝。防治方法一定要加强振捣，对混凝土表面除加强振捣外，在混凝土初凝前后，还要用抹刀抹压收浆2—3遍。为了保护钢筋，这种裂缝用水泥浆或低粘度的丙稀酸灰浆封堵即可。2干缩裂缝砼表层水分逐渐散失，体积收缩产生的裂缝称干缩裂缝，这种裂缝一般发生在数月后，一般呈龟裂状。干缩裂缝影响因素较多，硅酸二钙水泥浆比硅酸三钙水泥浆有较大的收缩；骨料粒径大的收缩小；含水量增加收缩增加；超过5％用量的引气剂会增加干缩；减水剂．缓凝剂可减少含水量，但不会减少干缩；湿养龄期长会减少干缩等等。3温度裂缝大体积砼浇注后，由水泥水化热使内部砼温度升高，当这种温升达到高峰后，由于环境温度低，砼温度开始下降，降温过程砼发生收缩，如果收缩受到内部不降温砼的阻止，砼受拉，当超过砼抗拉强度，在砼表面则会产生无规则裂缝，裂缝产生的时间大约在浇注后一个星期左右，比干缩裂缝早的多。当混凝土浇注后5-20d（28d）内，如遇寒潮侵袭或爆晒后突然降雨，或300号以上混凝土和每立米砼水泥超过350kg，使砼内部与表面产生较大温差，无保温措施时砼表面由于降温而产生裂缝，这种裂缝一般呈网状。温度裂缝的防治，对大体积砼施工，一定要严格按照施工规范和设计要求控制温度；对一般结构砼浇注后，要3加强养护，注意环境气温变化，搞好保温措施，使砼内外温差不要过大。4结构裂缝结构物应力发生突变部位，容易产生裂缝，这是施工无法避免的，所以设计时，当有整体团结要求时，应改为渐变断面结构，以缓减过分应力集中；而对无整体要求的结构，设计应采用分缝施工的方法，并按需要在分缝处设止水。5由基岩或老砼的约束而产生的裂缝当大体积砼或墙体浇注在坚硬基岩上或老砼基面上，由于新浇注砼硬化过程中收缩受其约束，会产生裂缝，一般应在经过一个冬季后检查。对大面积砼，裂缝呈无规则，对墙体裂缝呈垂直墙长方向，不贯通。这种裂缝主要在设计时要注意减小分缝间距，施工注意采用收缩性小的原材料，水灰比不要过大，施工时加强振捣，浇注后加强养护，以减少收缩。6超载或设计不当引起的砼裂缝由于超载或设计不当引起的混凝土裂缝，一般较平直，多发生在最大拉应力区，可以进行结构应力配筋核算，也可以用仪器检测砼内应力值证实。如裂缝小于允许开展宽度，可以不处理，否则应进行加固补强处理。7砼裂缝的修补（1）涂抹法表面涂沫的方法常采用环氧浆液．丙稀酸橡胶在裂缝表面刷涂抹，以达到封缝的目的。一般用于处理死缝，主要目的是为了防水和其它有害物质侵害。（2）贴补法用氯丁胶皮、塑料布、土工织物、紫铜片等将裂缝加以粘贴。一般用于处理活缝，主要目的是为了防水及其它有害物质侵害。（3）充填法在裂缝两侧开V（或U）型槽，然后根据裂缝的活动情况选择充填材料。对死缝视情况可选用水泥砂浆、环氧砂浆、丙烯酸砂浆、氯丁砂浆等进行修补。对活缝，活动较小者视情况可选用防水沥青油膏、聚氯乙烯增胶泥、橡胶沥青油膏、XM－43密封腻子等；裂缝活动较大者视情况可选用PU2弹性密封膏（改性聚氨脂弹性材料，延伸率达200％－300％。抗渗性达2Mpa,其耐水性、热稳定性及抗冻性等性能均良好、价格低廉，是一种优质弹性密封膏）、聚硫密封膏（具优异的耐候性及耐久性，能很好地粘贴各种建筑材料，防水效果好，国内外实用广泛）、聚氨脂密封膏（防水效果好）、有机硅橡胶密封膏（耐热耐寒耐久性好）及水溶性丙稀酸密封膏等等。充填法断面设计略（4）锚固法对影响结构安全使用功能的砼裂缝，视情况可选用骑马丁锚及穿丁锚加固处理，具体设计略。（5）灌浆法a水泥灌浆：参考岩石灌浆，水泥材料可灌性按照如下关系判断：NR=B/D95式中NR－可灌比B－裂缝宽度（mm）D95-水泥粒径（mm）当NR＞5时，水泥浆易灌入；NR＜2时，不可能灌入。如水泥D95=0.08mm,则可灌入0.4mm的裂缝，工程实践证明，一般缝宽大于1mm时，才能有较好的灌浆质量和效果。b化学灌浆：一般对较小裂缝多采用化学灌浆。常用的化灌材料有：环氧浆液（多用于补强，但性脆，多用于死缝及稳缝）、甲凝（用于补强，材料以水玻璃为主，收缩大）、氰凝（用于防水补强，使用时要注意当裂缝内无水分时不硬化）、丙凝（用于防水，有弹性，但强度不高）及水溶聚氨脂（用于防水，有弹性）等等。选用时了根据工4程修补要求及环境条件加以选择。三、砼建筑物地基变形砼建筑物地基变形包括地基不均匀沉陷、地基冻胀及地基岩土膨胀等引起建筑物变形带来混凝土结构变形、裂缝，严重者影响混凝土建筑物安全运用。1地基不均匀沉陷由于混凝土建筑物原地基不良，软硬不均，或因环境水、渗漏水造成局部地基下沉等引起建筑物结构变形、裂缝破坏。（1）防治首先要加强工程前期勘探工作，要尽力摸清建筑物地基岩土分布及性质，特别对重要构筑物工作要作细，一定要搞清地基地质的真实情况。其次要加强工程建设项目施工时期的监理工作及设代工作，所有建筑物地基开挖裸露后都要对地质情况做出描述并认证在案，对各类软弱等不利地质条件，都要提出完善设计措施，认真做好不良地基的处理工作。（2）处理在水工砼建筑物由于环境水的影响或通水运行后发生不均匀沉陷造成的变形、裂缝等问题，应根据不同情况由设计单位做修补加固设计，如加大基础承载面积、补井桩、对地基进行灌浆加固、对结构补强加固直至推倒返工重做等等。2地基冻胀当水工混凝土建筑物地基侵水后，地基土发生冻胀，使混凝土结构产生变形，开裂破坏。这种裂缝与混凝土本身各类裂缝不同，第一，是由于地基冻胀使结构产生变形引起的裂缝；第二，裂缝宽与变形大小关系密切，变形大则裂缝宽度大，变形小则裂缝宽度小。水工混凝土建筑物因地基冻胀引起的变形、开裂破坏，绝大部分发生在渠道工程，渠道基土发生冻胀力的大小与土质、水分、温度和外荷载四个因素有关：土质：吸收水分能力强的土质，冻胀性也强，一般以粒径大小判断冻胀性的强弱：粒径为0.05~0.1mm的土，开始有冻胀；粒径为0.002~0.05mm的土，冻胀性最强；粒径为0.002mm的粘土，土粒间隙很小，透水性不良，冻胀性变小。从渗透系数看：10-3~10-6厘米/秒的