水池裂缝产生的原因及控制处理方法

宋少刚 程义军 毕朝阳

1 概述

在垃圾焚烧厂工程中,钢筋混凝土水池是一种常见的构筑物,如调节池、污泥池、回用水池、工业水净化装置、净水池、蓄水池等。在实际工程设计中其主要依靠混凝土自身的密实性来增强其防水、抗渗性能,一般不再另设防水层。因此,规范对池体裂缝的宽度给予严格的限制(缝宽不能大于0.2 mm)。

引起水池裂缝的因素很多,譬如设计上的结构选型及沉降缝、伸缩缝设置不当;池体的温度收缩应力考虑不周等;施工上混凝土养护时间短;水灰比过大;振捣不良或池体长期外露、不盛水导致混凝土内部水分蒸发,形成连通空隙;地基的不均匀沉降等。

本文对钢筋混凝土水池工程中常见的一些裂缝问题进行了探讨分析,并提出了一些预防、处理措施。

2 裂缝形成的原因

1)由静荷载、动荷载、其他荷载引起的裂缝,该类裂缝由两种情况形成:a.混凝土结构未达设计强度而承受荷载引起裂缝;b.混凝土结构已达设计强度而承受冲击,地震或超设计荷载引起裂缝。它是按常规计算的主要应力引起的荷载裂缝,以及由结构次应力引起的荷载次应力裂缝,二者通称为结构性裂缝。2)由变形荷载引起的裂缝,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。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时间瞬时完成。它有个应力积累和传递的过程。近年来混凝土工程大量裂缝的出现,并非与荷载作用有直接关系。据国内外调查资料表明,混凝土工程结构产生属于变形变化(温湿度、收缩与膨胀、不均匀沉降)引起的裂缝约占80%;属于外荷载引起的裂缝仅占20%;由此可见,第一大类原因引起的裂缝除不可抗拒因素外,我们通过设计计算以及注意正常使用能够控制裂缝的产生;而第二大类原因引起的裂缝十分复杂,我们必须加以重视。3)选用材料不当引起的裂缝。矿渣水泥比普通水泥收缩大,粉煤灰水泥、矾土水泥及快硬水泥收缩较大,矿渣水泥比普通水泥水化热低,水泥活性越高、颗粒越细、表面积越大收缩越大。砂岩作骨料收缩幅度增加,粗骨料含泥量越大收缩越大,骨料粒径越细、砂率越高收缩越大,水灰比越大收缩越大,配筋率越大收缩越小。但配筋过大则会增加混凝土拉应力,外加剂及掺合料种类繁多,只有强度指标,缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料。混凝土水池池壁厚度一般为30 cm～60 cm较薄的宽大池壁,常出现竖向裂缝。裂缝的长短不一,宽度不同,互不连贯。一般池壁中间裂缝较密、较宽,在0.5 mm左右,多发生在施工期间或启用后不久。敞开式无顶板水池,裂缝常出现在池壁上部,呈上宽下窄状。

3 控制裂缝的措施

3.1 设计方面

设计时一般先根据强度计算结果初步确定配筋,然后进行裂缝宽度验算。规范推荐的裂缝宽度验算公式如下:

其中,Mq为在作用效应准永久组合下,计算截面处的弯矩,N◦mm;˜wmax为最大裂缝宽度,mm;Ψ为裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数,当 Ψ＜0.4时,取0.4,当 Ψ＞1.0时,取1.0;σsq为按作用效应准永久组合计算的截面纵向受拉钢筋应力,N/mm2;Es为钢筋的弹性模量,N/mm2;c为最外层纵向受拉钢筋的混凝土保护层厚度,mm;d为纵向受拉钢筋直径,mm;ρte为以有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率;v为纵向受拉钢筋表面特征系数;α1为系数,对受弯、大偏心受压构件取 α1=0,对大偏心受拉构件取;α2为系数,对受弯构件取α2=1.0,对大偏心受压构件取 α2=1-0.2×h0/e0,对大偏心受拉构件取α2=1+0.35×h0/e0。

运用上述公式进行验算时,可归纳出一些在相同配筋率下有利于裂缝控制的因素。例如,采用直径较细的钢筋或较高抗拉强度的混凝土等。

3.2 施工方面

选择合理的施工工艺,严格按设计混凝土强度等级及设计构造要求施工,正确选择施工用水泥、粗细骨料粒径及含泥量,控制水泥用量及水灰比。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。选择温度较低的时间浇灌混凝土,无法避开高温时采用井水拌制混凝土,降低混凝土搅拌和浇灌温度。

3.3 养护使用方面

根据不同的施工工艺和浇灌混凝土时的温度,采用不同的养护方法。采取保温保湿的养护技术,尽量利用混凝土后期强度。使用时对重要的混凝土结构作好保温隔热工作;在混凝土未达到设计强度前不准其承受荷载,在混凝土达到设计强度后避免其承受冲击荷载或超载使用。

4 裂缝处理

4.1 表面封闭法

利用混凝土表层微细独立裂缝(裂缝宽度 w≤0.2 mm)或网状裂纹的毛细作用吸收低粘度且具有良好渗透性的修补胶液,封闭裂缝通道。对楼板和其他需要防渗的部位,尚应在混凝土表面粘贴纤维复合材料以增强封护作用。

4.2 注射法

以一定的压力将低粘度、高强度的裂缝修补胶液注入裂缝腔内;此方法适用于0.1 mm≤w≤1.5 mm静止的独立裂缝、贯穿性裂缝以及蜂窝状局部缺陷的补强和封闭。注射前,应按产品说明书的规定,对裂缝周边进行密封。

4.3 压力注浆法

在一定时间内,以较高压力(按产品使用说明书确定)将修补裂缝用的注浆料压入裂缝腔内;此法适用于处理大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。

4.4 填充密封法

在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出槽深和槽宽分别不小于20 mm和15 mm的U形沟槽,然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料充填(见图1),并粘贴纤维复合材以封闭其表面;此法适用于处理w＞0.5 mm的活动裂缝和静止裂缝。填充完毕后,其表面应做防护层。

4.5 结构加固法

当裂缝影响到水池结构的性能时,就要考虑采取加固法对水池结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等。

5 结语

钢筋混凝土水池裂缝的控制涉及设计、施工、原材料质量、混凝土配合比等诸多因素,需要综合考虑。只要设计、施工、监理三方共同努力,裂缝完全可以控制在规范规定的范围内。混凝土结构中裂缝的出现是不可避免的,应根据裂缝的形成原因和裂缝的现状,采用相应的治理方法,确保工程竣工后的安全使用和美观。

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