水工混凝土常见缺陷的预防与处理

近年来, 混凝土结构广泛应用于水利工程中, 但由于主客观上各种因素的影响, 水工混凝土难免存在一些缺陷, 如裂缝、内部架空、低强混凝土等。汕头市澄海区濒临南海, 沿海布置的水工混凝土结构除存在上述缺陷外, 还易遭受海水腐蚀。据统计, 澄海区34宗穿堤涵闸, 因常年遭受海水腐蚀, 有90%以上的涵闸出现严重的表层混凝土脱落、钢筋锈蚀, 破坏了结构安全, 使用寿命仅为10~20年。因此, 如何采取预防措施把缺陷控制到最低程度, 或当缺陷出现后及时加以处理, 防止缺陷的扩展与恶化, 以减轻对水工建筑物的危害就显得尤为重要。

1 裂缝的成因和分类

1.1 裂缝的成因和分类。

引起裂缝的根本原因是混凝土结构中的应力超过了混凝土自身能承受的应力。裂缝的种类很多, 按其成因可分为温度裂缝、干缩裂缝、结构裂缝、沉陷裂缝、材料裂缝等, 按特性可分为表面裂缝、浅层裂缝和贯穿裂缝等。在实际工程中, 应区别对待, 不同情况采取不同措施解决裂缝问题。

1.2 裂缝的预防。裂缝的预防主要包括设计方面和施工方面。

设计方面:一是结构分层、分缝应合理, 对于大体积混凝土考虑分层施工及设置分缝;二是混凝土标号宜采用低标号, 以减少水化热, 不得已时可以采用低热水泥;三是避免和少设孔洞, 特别是两端串通的直洞。非设不可时, 优先考虑圆形和马蹄形孔洞, 设矩形洞时应将四角的直角改为斜角或圆角;四是地质钻探工作要认真、成果要准确。若建筑物必须跨在两种不同弹模的基础上时, 应有相应可靠的措施, 防止建筑物因不均匀沉降而产生裂缝。五是慎重选取骨料和水泥品种, 应尽可能杜绝碱性骨料。

施工方面:一是要做好基础处理。对于松软土、填土地基应在上部结构施工前进行夯实和加固, 对于岩基应处理好突变、棱角、暗缝、软弱夹层, 遇到破碎带要按规定挖除;二是混凝土拌合全程必须严格控制质量, 加强平仓、振捣等操作, 保证混凝土的均匀性;三是加强混凝土的养护, 做好造毛和仓面清洗工作, 保证新老混凝土结合紧密;四是做好混凝土表面和棱角的保温工作, 特别是在气温骤降时;五是严格控制仓位浇筑的工期, 加强调度工作, 防止长时间间歇, 造成对混凝土的强烈约束;六是注意浇筑中混凝土施工缝的布置, 避免过厚或过薄;七是适量掺加外加剂, 即降低混凝土水化热又降低成本。

1.3 裂缝处理。

裂缝的处理方法大致分为三种, 即表面处理法、内部处理法和结构加固加固法。

表面处理法:适应于稳定和对结构没有影响的表面裂缝及进深裂缝的处理。通常的处理方法包括沿缝口凿槽嵌缝、缝口贴橡皮或浇沥青防渗层、缝口涂刷或贴环氧玻璃丝布、高分子聚合物浸渍缝口等。

内部处理法:主要应用于深层及贯穿裂缝修补, 旨在恢复结构的整体性和设计应力状态。常见的方法有水泥灌浆、环氧树脂灌浆、甲凝浆液灌浆、丙凝浆液灌浆等。

结构加固法:当裂缝影响到混凝土结构性能时, 就要考虑采取结构加固法对混凝土结构加固与补强。常见的方法有加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采取预应力法加固、增设支点加固等。

2 内部架空

2.1 形成原因及分类。

造成混凝土内部架空的主要原因是施工不良, 包括混凝土运输过程中严重分离、漏浆;入仓速度过快, 来不及振捣;模板走样, 漏浆跑浆;缝面处理不当, 沿缝形成空穴等。混凝土架空大致分为两类:一类是空穴串通架空, 这种架空串漏严重, 打不起压力。另一类是封闭架空, 空穴之间相互不串通。

2.2 处理方法。

处理混凝土内部架空常见的方法有水泥灌浆、化学灌浆、局部凿除后回填, 喷射混凝土等方法, 应根据实际情况采取不同的处理措施。

3 海水腐蚀

3.1 成因。

由于混凝土结构是一个多孔体, 其内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡。当受到海水、海风、盐雾中的氯离子侵入时, 因氯离子是钢筋锈蚀的强烈活化剂, 会使钢筋锈蚀并体积膨胀, 从而产生很大的膨胀应力, 膨胀应力使混凝土胀裂、变酥, 极大地降低混凝土强度, 导致钢筋外面的混凝土保护层胀裂。

3.2 预防与处理。

常见的处理方法有:一、采用适当品种的水泥, 如矿渣硅酸盐水泥对海水侵蚀的抵抗能力较强。二、尽量提高混凝土的密实性, 减少水的渗透作用, 可减轻环境水的侵蚀破坏作用。三、必要时可在混凝土表面设置防护层, 如沥青防水层、塑料防水层或涂水性焦油环氧涂料等。

4 低强混凝土

4.1 产生原因。

低强混凝土产生的原因大致可以分为施工阶段和运行阶段两大部分。施工阶段的原因包括:一是材料方面, 如水泥质量未国家标准、运输和储存过程受潮结块等;二是施工操作方面, 如混凝土在运输过程中分离和渗漏、运输时间超过初凝时间等。

运行阶段的原因包括:一是管理方面, 如未到龄期就过早拦水、过早承重等;二是环境方面, 如老化、碳化、受化学侵蚀等。

4.2 处理方法。

常见的处理方法有挖除重浇、局部凿除修补、聚合物乳液浸渍增强处理等。

5 结论和工程实例

5.1 应贯彻“防重于治”的思想。

应采取积极预防的态度, 贯彻“防重于治”的原则, 从设计、施工和管理方面采取得力措施, 尽可能地防止混凝土缺陷的产生。例如在澄海区外砂桥闸重建工程中采用了华南理工大学建筑学院研究的抗海水腐蚀混凝土, 该工程已经竣工并投入使用, 至今未出现混凝土遭受海水腐蚀现象。

5.2 要根据实际情况对混凝土缺陷采取不同的处理措施。

混凝土缺陷产生后, 随着时间的推移, 有的恶化, 有的好转。如澄海区南溪桥闸北岸螺旋楼梯建成后与工作台明显脱离, 但沉陷趋稳后, 该混凝土结构一直正常运行;而澄海区海堤的多宗穿堤涵, 由于长期受到海水腐蚀, 逐渐造成表层混凝土脱落、钢筋外露并严重锈蚀, 必须重建。因此, 在施工和运行中对查出的水工混凝土缺陷要认真分析, 对不同性质的缺陷区别对待。