摘要：通過對以往混凝土工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念的豐富與發(fā)展, 提出水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害控制。旨在對水務(wù)工程、市政工程、道路及橋梁交通工程的設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)管理等方面, 具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu) 裂縫 危害控制 防滲涂層
無論是施工期或是運(yùn)行期, 都會發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在或多或少的寬窄不一的各種裂縫。至于裂縫的危害及其后果, 主要是引起水滲漏和鋼筋銹蝕, 以及影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。因此, 一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)危害性的裂縫( 通常指貫穿性裂縫) 后, 必須進(jìn)行修補(bǔ)以防滲漏。然而, 當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫穿性裂縫后, 靠修補(bǔ)是很難恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性的, 只是不得已而采取的補(bǔ)救措施。所以, 筆者建議在設(shè)計(jì)或施工階段就應(yīng)該著手安排在原受力結(jié)構(gòu)表面設(shè)置一層柔性防滲防護(hù)層, 使之成為受力結(jié)構(gòu)和防滲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害控制。
1 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的
1.1 設(shè)計(jì)允許混凝土開裂
眾所周知, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一條基本原則是假設(shè)受拉區(qū)允許開裂, 因此結(jié)構(gòu)在某些部位出現(xiàn)裂縫并不是破壞的象征指標(biāo)。結(jié)構(gòu)在荷載作用下, 由于混凝土抗拉強(qiáng)度很低, 受拉區(qū)通常有裂縫出現(xiàn), 一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件是帶裂縫工作的。雖然到達(dá)設(shè)計(jì)最大荷載的情況很少, 時(shí)間也不會太長, 但由荷載引起的橫向裂縫寬度會隨荷載的變化而變化。當(dāng)荷載減小時(shí), 裂縫會有所閉合。因此, 鋼筋并不能防止裂縫出現(xiàn), 但它可以限制裂縫的開展。
1.2 施工期和運(yùn)行期常常出現(xiàn)裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的原因很多, 其中最主要的是溫度和濕度的變化。由于混凝土材料的脆性和不均勻性, 以及施工分縫分塊不妥或結(jié)構(gòu)型式不盡合理, 澆筑混凝土振搗不密實(shí)、模板變形、地基不均勻沉降等因素都會引起裂縫。早期混凝土強(qiáng)度低, 如遇不利的溫濕條件, 養(yǎng)護(hù)不周也會引起裂縫。在嚴(yán)寒地區(qū), 外界氣溫的變化, 氣溫驟降, 寒潮襲擊, 也都容易引發(fā)裂縫出現(xiàn), 混凝土的保溫措施至關(guān)重要。
施工期間, 水泥水化放出大量熱, 內(nèi)部溫度不斷升高, 在結(jié)構(gòu)表面會引起拉應(yīng)力; 后期降溫過程中,由最高溫度降到運(yùn)行期間穩(wěn)定溫度, 往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力; 運(yùn)行期間外界氣溫和水溫的變化也會引起很大拉應(yīng)力。這種溫度拉應(yīng)力有時(shí)可超過其他荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力, 設(shè)計(jì)中不得不增加配筋,拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān), 或者增加斷面, 依靠混凝土本身承受很小的拉應(yīng)力。
1.3 過去和現(xiàn)在有不少的混凝土壩都出現(xiàn)了裂縫
通過對國內(nèi)典型混凝土壩情況調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn),過去和現(xiàn)在有不少的混凝土壩都出現(xiàn)了裂縫或施工冷縫, 如: 三峽工程大壩混凝土裂縫、青銅峽大壩電站壩段貫穿性裂縫、潘家口水庫主壩水平裂縫、虎盤水電站大壩裂縫、豐滿大壩溢流面裂縫、李家峽水電站主壩裂縫、東江水庫壩體混凝土裂縫等。盡管人們對縫隙滲漏問題一直在尋求消除的辦法, 但至今尚未奏效。碾壓混凝土壩的滲漏現(xiàn)象, 往往都是發(fā)生在澆筑層的接縫處。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明, 即使經(jīng)過仔細(xì)的處理,水平施工縫仍是抗?jié)B的薄弱環(huán)節(jié)。
2 裂縫的危害
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫, 正是由于這些, 初期混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的。影響混凝土結(jié)構(gòu)開裂的因素很多而且復(fù)雜, 其中溫度和干濕變形的影響最大。混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)危害性裂縫后,必須進(jìn)行修補(bǔ)加固, 以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性或防止?jié)B漏。
裂縫的危害性主要有以下幾點(diǎn)。
2.1 裂縫影響結(jié)構(gòu)的整體性
當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫穿性裂縫以后, 要恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性是很困難的。裂縫開展得很寬將預(yù)示著結(jié)構(gòu)臨近破壞, 并且可能伴隨著混凝土剝落。剪切裂縫多產(chǎn)生于靠近支座或大的集中荷載附近, 早期的溫度裂縫直接影響到鋼筋混凝土構(gòu)件的完整性。當(dāng)裂縫影響了剪應(yīng)力的傳遞時(shí), 它會影響到結(jié)構(gòu)的安全。大多數(shù)裂縫并不會危及結(jié)構(gòu)的安全, 但它們可能發(fā)展, 并引起嚴(yán)重的后果。
2.2 裂縫導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用功能上不正常
對堆石壩混凝土面板而言, 由外部環(huán)境產(chǎn)生的早期溫度裂縫往往貫穿整個(gè)截面厚度, 這樣會引起滲漏。對擋水建筑物來說, 裂縫滲漏水會嚴(yán)重影響建筑物的使用功能, 即使水量的損失本身并不嚴(yán)重, 但裂縫的存在往往會限制蓄水位。
2.3 裂縫會影響結(jié)構(gòu)的耐久性
所有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都把限制裂縫的寬度作為一項(xiàng)耐久性指標(biāo)。橫向裂縫通常是指垂直于受拉鋼筋方向的裂縫，一般由外荷載引起。為了結(jié)構(gòu)耐久性的要求和結(jié)構(gòu)的美觀，各國設(shè)計(jì)規(guī)范中對裂縫寬度均作了限制。在較寬的裂縫處，如果有水和氧氣侵入，鋼筋首先發(fā)生個(gè)別點(diǎn)的坑蝕，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”；同時(shí)向縫兩側(cè)擴(kuò)展，形成銹蝕面。這種鋼筋局部斷面削弱發(fā)展比普通性銹蝕要快，特別是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，局部銹蝕具有很高的危害性。因?yàn)閱胃摻z斷面小，高應(yīng)力及高強(qiáng)鋼材的變形性能較差，很可能發(fā)生突然斷裂。因鋼筋全面銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)的順筋向開裂對結(jié)構(gòu)的危害性更大，是目前影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要危險(xiǎn)，具有一定厚度且密實(shí)的保護(hù)層，對防止混凝土順筋向開裂至關(guān)重要。鋼筋表面生銹時(shí)，其體積要膨脹，在膨脹壓力作用下混凝土保護(hù)層會因擠壓而剝落，如果沒有了保護(hù)層，鋼筋更容易銹蝕，這對耐久性是很不利的。
任何通過混凝土裂縫的滲水，都可能帶走一些水泥中的自由石灰和碳酸鹽，而且隨著這些成分的流失,又會使?jié)B水通道進(jìn)一步加大。溶蝕和凍融破壞常常同時(shí)出現(xiàn), 又互相加重, 一般在上游面庫水位附近或下游面因內(nèi)部排水失效而有濕斑處, 這些部位都會出現(xiàn)溶蝕和凍融破壞。雖然發(fā)展是緩慢過程, 但如不能及時(shí)控制, 會發(fā)展成嚴(yán)重破壞, 以致最后花費(fèi)高昂代價(jià)進(jìn)行修補(bǔ)。
2.4 裂縫影響建筑物的美觀
裂縫過多或過寬, 常給人以不安全感和危險(xiǎn)感,造成不良的視覺沖擊力, 影響了人們的感觀舒適度,影響建筑物的美觀形象, 破壞了建筑物、構(gòu)筑物的美感效果。在不僅追求混凝土內(nèi)在質(zhì)量好, 而且外觀質(zhì)量也倍受關(guān)注的今天, 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成了影響建筑物美觀的疑難雜癥。
3 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的裂縫控制
在結(jié)構(gòu)的使用壽命期內(nèi), 影響結(jié)構(gòu)使用功能和耐久性的不利條件隨時(shí)都有可能發(fā)生。近年來, 因結(jié)構(gòu)的使用功能嚴(yán)重破壞( 如滲漏、限制水位等) 而不得不修補(bǔ)加固的工程, 一直都在不斷增加。通常, 具有先天不足或嚴(yán)重缺陷的建筑物必然帶來高昂的維修費(fèi)用。引起結(jié)構(gòu)功能不足的原因很多, 其中設(shè)計(jì)考慮不周、施工質(zhì)量欠佳是重要的原因。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低, 許多工程在施工期間或投入運(yùn)行承受荷載之前就出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫, 甚至出現(xiàn)貫穿性裂縫。采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧? 裂縫的危害便可得以控制。與其投入運(yùn)行后進(jìn)行修補(bǔ), 不如在設(shè)計(jì)或施工階段采取有效措施更好。經(jīng)驗(yàn)表明, 大多數(shù)的預(yù)防措施, 都必須在設(shè)計(jì)和施工階段就著手安排。如果混凝土的耐久性更好一點(diǎn), 那么出現(xiàn)這樣或那樣的問題的機(jī)會可能會減少許多。因此, 無論是從使用功能, 還是從耐久性的觀點(diǎn)來看, 應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念, 在傳統(tǒng)的水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 建議在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置一層柔性防滲防護(hù)涂層, 對結(jié)構(gòu)的正常使用作出進(jìn)一步保證。
就目前混凝土技術(shù)的發(fā)展水平而言, 考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性, 考慮到水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越來越高, 使用柔性防滲防護(hù)涂層是值得的。對于水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),如蝸殼、輸水涵洞、倒虹吸暗涵、渡槽等結(jié)構(gòu), 為了結(jié)構(gòu)耐久性和防滲防止鋼筋銹蝕的要求, 設(shè)計(jì)規(guī)范中對裂縫開展寬度作了嚴(yán)格限制。裂縫限值的大小與鋼筋用量有很大關(guān)系, 如果裂縫寬度放寬從0.15 mm到0.2 mm, 其鋼筋用量可減少15 % ～20 %, 這樣與其增加配筋, 不如設(shè)置防滲防護(hù)涂層更有效。水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范DL/ T5057 — 1996 中規(guī)定, 若結(jié)構(gòu)表面設(shè)有專門的防滲面層等防護(hù)措施時(shí), 最大裂縫寬度允許值可適當(dāng)加大。
柔性防滲防護(hù)涂層同樣可用于高水頭大型擋水建筑物, 如重力壩、拱壩、面板堆石壩等。碾壓混凝土壩的滲漏現(xiàn)象, 往往都發(fā)生在澆筑層的接縫處。控制滲漏的方法很多, 其中在上游面設(shè)置防滲涂層可大大提高壩的抗?jié)B性。最好在設(shè)計(jì)或施工階段做防滲涂層。
4 防滲防護(hù)涂層的技術(shù)要點(diǎn)
(1) 水工混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足承載能力及正常使用極限狀態(tài)的要求, 由于結(jié)構(gòu)表面設(shè)有柔性防滲防護(hù)涂層, 最大裂縫寬度允許值可適當(dāng)加大。施工期出現(xiàn)貫穿性裂縫后, 要恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的, 涂層只能防止?jié)B漏, 因此在設(shè)計(jì)和施工中都應(yīng)預(yù)防貫穿性裂縫發(fā)生。
(2) 采用柔性增強(qiáng)聚合物水泥防水材料將結(jié)構(gòu)表面全部覆蓋起來, 由于它是現(xiàn)場施工完成的, 靠聚合物和水泥的粘結(jié)力牢固地粘結(jié)在結(jié)構(gòu)表面, 沒有任何接縫, 具有整體性防滲防護(hù)功能, 對基層混凝土裂縫或接縫需用一層或多層織物纖維材料和膠粘劑加固處理。
(3) 柔性增強(qiáng)聚合物水泥防水材料兼有高分子材料的延伸性、柔韌性好和水泥材料粘結(jié)性好、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)。因此, 它顯示出較好的粘結(jié)強(qiáng)度及抗刺穿、抗沖擊性, 優(yōu)良的抗?jié)B性、抗腐蝕性及耐久性。特別是以高分子織物土工布或尼龍質(zhì)紗網(wǎng)增強(qiáng)后的涂層,拉伸強(qiáng)度顯著增加, 不僅對基層混凝土的裂縫有一定的跟蹤、隨動性, 而且在所有預(yù)期條件下, 整個(gè)防水層仍能維持防滲功能。
(4) 聚合物水泥防滲防護(hù)涂層的基本性能: ①粘結(jié)性: 具有與基層混凝土良好的粘結(jié)強(qiáng)度, 2～4MPa; ②抗?jié)B性: 在預(yù)期的條件下, 整個(gè)防滲層不為水和鹽溶液所滲透, 迎水面2 ～3 MPa 水壓力不滲, 背水面0.6 ～1.2MPa 壓力不滲; ③屏蔽裂縫特性: 由于防滲層的延伸性, 能夠屏蔽不超過5 mm 的已有裂縫和防滲層完工后新出現(xiàn)的裂縫寬度小于3 mm 的裂縫; ④耐久性:未顯示任何老化效應(yīng), 如脆性、開裂等, 200 次凍融循環(huán)后其粘結(jié)強(qiáng)度降低30 %左右; ⑤施工性: 良好的施工性, 可用刷、滾、刮、抹施工, 一次施工厚度不宜太厚, 可用于潮濕面, 基面需要處理, 特別是混凝土表面幾毫米深范圍內(nèi)的質(zhì)量極為重要, 如果這一層混凝土受損, 會發(fā)生防水層脫落。
5 結(jié)論與建議
裂縫是水工混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,也是一個(gè)大難題。裂縫的出現(xiàn)不僅會降低結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力, 影響其使用功能, 而且會引起鋼筋的銹蝕, 混凝土的碳化, 降低材料的耐久性, 影響結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。
研究表明, 水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫大部分是能夠通過設(shè)計(jì)手段、施工措施來避免的, 裂縫的危害是可以通過采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┑靡钥刂频摹５蠖鄶?shù)的預(yù)防措施, 都必須在設(shè)計(jì)和施工階段就著手安排, 要將控制關(guān)口前置, 防患于未然。因此, 無論是從使用功能, 還是從耐久性的觀點(diǎn)來看, 應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念, 在傳統(tǒng)的水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 建議在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置一層柔性防滲防護(hù)涂層, 使之成為受力結(jié)構(gòu)和防滲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu), 限制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生、發(fā)展, 降低裂縫帶來的危害, 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性, 保證結(jié)構(gòu)的正常使用功能。該方法對控制裂縫危害、保證混凝土結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定地運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義, 也可廣泛地應(yīng)用于其他領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu) 裂縫 危害控制 防滲涂層
無論是施工期或是運(yùn)行期, 都會發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在或多或少的寬窄不一的各種裂縫。至于裂縫的危害及其后果, 主要是引起水滲漏和鋼筋銹蝕, 以及影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。因此, 一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)危害性的裂縫( 通常指貫穿性裂縫) 后, 必須進(jìn)行修補(bǔ)以防滲漏。然而, 當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫穿性裂縫后, 靠修補(bǔ)是很難恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性的, 只是不得已而采取的補(bǔ)救措施。所以, 筆者建議在設(shè)計(jì)或施工階段就應(yīng)該著手安排在原受力結(jié)構(gòu)表面設(shè)置一層柔性防滲防護(hù)層, 使之成為受力結(jié)構(gòu)和防滲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害控制。
1 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的
1.1 設(shè)計(jì)允許混凝土開裂
眾所周知, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一條基本原則是假設(shè)受拉區(qū)允許開裂, 因此結(jié)構(gòu)在某些部位出現(xiàn)裂縫并不是破壞的象征指標(biāo)。結(jié)構(gòu)在荷載作用下, 由于混凝土抗拉強(qiáng)度很低, 受拉區(qū)通常有裂縫出現(xiàn), 一般結(jié)構(gòu)構(gòu)件是帶裂縫工作的。雖然到達(dá)設(shè)計(jì)最大荷載的情況很少, 時(shí)間也不會太長, 但由荷載引起的橫向裂縫寬度會隨荷載的變化而變化。當(dāng)荷載減小時(shí), 裂縫會有所閉合。因此, 鋼筋并不能防止裂縫出現(xiàn), 但它可以限制裂縫的開展。
1.2 施工期和運(yùn)行期常常出現(xiàn)裂縫
混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的原因很多, 其中最主要的是溫度和濕度的變化。由于混凝土材料的脆性和不均勻性, 以及施工分縫分塊不妥或結(jié)構(gòu)型式不盡合理, 澆筑混凝土振搗不密實(shí)、模板變形、地基不均勻沉降等因素都會引起裂縫。早期混凝土強(qiáng)度低, 如遇不利的溫濕條件, 養(yǎng)護(hù)不周也會引起裂縫。在嚴(yán)寒地區(qū), 外界氣溫的變化, 氣溫驟降, 寒潮襲擊, 也都容易引發(fā)裂縫出現(xiàn), 混凝土的保溫措施至關(guān)重要。
施工期間, 水泥水化放出大量熱, 內(nèi)部溫度不斷升高, 在結(jié)構(gòu)表面會引起拉應(yīng)力; 后期降溫過程中,由最高溫度降到運(yùn)行期間穩(wěn)定溫度, 往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力; 運(yùn)行期間外界氣溫和水溫的變化也會引起很大拉應(yīng)力。這種溫度拉應(yīng)力有時(shí)可超過其他荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力, 設(shè)計(jì)中不得不增加配筋,拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān), 或者增加斷面, 依靠混凝土本身承受很小的拉應(yīng)力。
1.3 過去和現(xiàn)在有不少的混凝土壩都出現(xiàn)了裂縫
通過對國內(nèi)典型混凝土壩情況調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn),過去和現(xiàn)在有不少的混凝土壩都出現(xiàn)了裂縫或施工冷縫, 如: 三峽工程大壩混凝土裂縫、青銅峽大壩電站壩段貫穿性裂縫、潘家口水庫主壩水平裂縫、虎盤水電站大壩裂縫、豐滿大壩溢流面裂縫、李家峽水電站主壩裂縫、東江水庫壩體混凝土裂縫等。盡管人們對縫隙滲漏問題一直在尋求消除的辦法, 但至今尚未奏效。碾壓混凝土壩的滲漏現(xiàn)象, 往往都是發(fā)生在澆筑層的接縫處。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明, 即使經(jīng)過仔細(xì)的處理,水平施工縫仍是抗?jié)B的薄弱環(huán)節(jié)。
2 裂縫的危害
混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料。硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫, 正是由于這些, 初期混凝土建筑和構(gòu)件通常都是帶縫工作的。影響混凝土結(jié)構(gòu)開裂的因素很多而且復(fù)雜, 其中溫度和干濕變形的影響最大。混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)危害性裂縫后,必須進(jìn)行修補(bǔ)加固, 以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性或防止?jié)B漏。
裂縫的危害性主要有以下幾點(diǎn)。
2.1 裂縫影響結(jié)構(gòu)的整體性
當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫穿性裂縫以后, 要恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性是很困難的。裂縫開展得很寬將預(yù)示著結(jié)構(gòu)臨近破壞, 并且可能伴隨著混凝土剝落。剪切裂縫多產(chǎn)生于靠近支座或大的集中荷載附近, 早期的溫度裂縫直接影響到鋼筋混凝土構(gòu)件的完整性。當(dāng)裂縫影響了剪應(yīng)力的傳遞時(shí), 它會影響到結(jié)構(gòu)的安全。大多數(shù)裂縫并不會危及結(jié)構(gòu)的安全, 但它們可能發(fā)展, 并引起嚴(yán)重的后果。
2.2 裂縫導(dǎo)致結(jié)構(gòu)使用功能上不正常
對堆石壩混凝土面板而言, 由外部環(huán)境產(chǎn)生的早期溫度裂縫往往貫穿整個(gè)截面厚度, 這樣會引起滲漏。對擋水建筑物來說, 裂縫滲漏水會嚴(yán)重影響建筑物的使用功能, 即使水量的損失本身并不嚴(yán)重, 但裂縫的存在往往會限制蓄水位。
2.3 裂縫會影響結(jié)構(gòu)的耐久性
所有現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都把限制裂縫的寬度作為一項(xiàng)耐久性指標(biāo)。橫向裂縫通常是指垂直于受拉鋼筋方向的裂縫，一般由外荷載引起。為了結(jié)構(gòu)耐久性的要求和結(jié)構(gòu)的美觀，各國設(shè)計(jì)規(guī)范中對裂縫寬度均作了限制。在較寬的裂縫處，如果有水和氧氣侵入，鋼筋首先發(fā)生個(gè)別點(diǎn)的坑蝕，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”；同時(shí)向縫兩側(cè)擴(kuò)展，形成銹蝕面。這種鋼筋局部斷面削弱發(fā)展比普通性銹蝕要快，特別是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，局部銹蝕具有很高的危害性。因?yàn)閱胃摻z斷面小，高應(yīng)力及高強(qiáng)鋼材的變形性能較差，很可能發(fā)生突然斷裂。因鋼筋全面銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)的順筋向開裂對結(jié)構(gòu)的危害性更大，是目前影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要危險(xiǎn)，具有一定厚度且密實(shí)的保護(hù)層，對防止混凝土順筋向開裂至關(guān)重要。鋼筋表面生銹時(shí)，其體積要膨脹，在膨脹壓力作用下混凝土保護(hù)層會因擠壓而剝落，如果沒有了保護(hù)層，鋼筋更容易銹蝕，這對耐久性是很不利的。
任何通過混凝土裂縫的滲水，都可能帶走一些水泥中的自由石灰和碳酸鹽，而且隨著這些成分的流失,又會使?jié)B水通道進(jìn)一步加大。溶蝕和凍融破壞常常同時(shí)出現(xiàn), 又互相加重, 一般在上游面庫水位附近或下游面因內(nèi)部排水失效而有濕斑處, 這些部位都會出現(xiàn)溶蝕和凍融破壞。雖然發(fā)展是緩慢過程, 但如不能及時(shí)控制, 會發(fā)展成嚴(yán)重破壞, 以致最后花費(fèi)高昂代價(jià)進(jìn)行修補(bǔ)。
2.4 裂縫影響建筑物的美觀
裂縫過多或過寬, 常給人以不安全感和危險(xiǎn)感,造成不良的視覺沖擊力, 影響了人們的感觀舒適度,影響建筑物的美觀形象, 破壞了建筑物、構(gòu)筑物的美感效果。在不僅追求混凝土內(nèi)在質(zhì)量好, 而且外觀質(zhì)量也倍受關(guān)注的今天, 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成了影響建筑物美觀的疑難雜癥。
3 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的裂縫控制
在結(jié)構(gòu)的使用壽命期內(nèi), 影響結(jié)構(gòu)使用功能和耐久性的不利條件隨時(shí)都有可能發(fā)生。近年來, 因結(jié)構(gòu)的使用功能嚴(yán)重破壞( 如滲漏、限制水位等) 而不得不修補(bǔ)加固的工程, 一直都在不斷增加。通常, 具有先天不足或嚴(yán)重缺陷的建筑物必然帶來高昂的維修費(fèi)用。引起結(jié)構(gòu)功能不足的原因很多, 其中設(shè)計(jì)考慮不周、施工質(zhì)量欠佳是重要的原因。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低, 許多工程在施工期間或投入運(yùn)行承受荷載之前就出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫, 甚至出現(xiàn)貫穿性裂縫。采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧? 裂縫的危害便可得以控制。與其投入運(yùn)行后進(jìn)行修補(bǔ), 不如在設(shè)計(jì)或施工階段采取有效措施更好。經(jīng)驗(yàn)表明, 大多數(shù)的預(yù)防措施, 都必須在設(shè)計(jì)和施工階段就著手安排。如果混凝土的耐久性更好一點(diǎn), 那么出現(xiàn)這樣或那樣的問題的機(jī)會可能會減少許多。因此, 無論是從使用功能, 還是從耐久性的觀點(diǎn)來看, 應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念, 在傳統(tǒng)的水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 建議在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置一層柔性防滲防護(hù)涂層, 對結(jié)構(gòu)的正常使用作出進(jìn)一步保證。
就目前混凝土技術(shù)的發(fā)展水平而言, 考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性, 考慮到水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越來越高, 使用柔性防滲防護(hù)涂層是值得的。對于水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),如蝸殼、輸水涵洞、倒虹吸暗涵、渡槽等結(jié)構(gòu), 為了結(jié)構(gòu)耐久性和防滲防止鋼筋銹蝕的要求, 設(shè)計(jì)規(guī)范中對裂縫開展寬度作了嚴(yán)格限制。裂縫限值的大小與鋼筋用量有很大關(guān)系, 如果裂縫寬度放寬從0.15 mm到0.2 mm, 其鋼筋用量可減少15 % ～20 %, 這樣與其增加配筋, 不如設(shè)置防滲防護(hù)涂層更有效。水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范DL/ T5057 — 1996 中規(guī)定, 若結(jié)構(gòu)表面設(shè)有專門的防滲面層等防護(hù)措施時(shí), 最大裂縫寬度允許值可適當(dāng)加大。
柔性防滲防護(hù)涂層同樣可用于高水頭大型擋水建筑物, 如重力壩、拱壩、面板堆石壩等。碾壓混凝土壩的滲漏現(xiàn)象, 往往都發(fā)生在澆筑層的接縫處。控制滲漏的方法很多, 其中在上游面設(shè)置防滲涂層可大大提高壩的抗?jié)B性。最好在設(shè)計(jì)或施工階段做防滲涂層。
4 防滲防護(hù)涂層的技術(shù)要點(diǎn)
(1) 水工混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足承載能力及正常使用極限狀態(tài)的要求, 由于結(jié)構(gòu)表面設(shè)有柔性防滲防護(hù)涂層, 最大裂縫寬度允許值可適當(dāng)加大。施工期出現(xiàn)貫穿性裂縫后, 要恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性是十分困難的, 涂層只能防止?jié)B漏, 因此在設(shè)計(jì)和施工中都應(yīng)預(yù)防貫穿性裂縫發(fā)生。
(2) 采用柔性增強(qiáng)聚合物水泥防水材料將結(jié)構(gòu)表面全部覆蓋起來, 由于它是現(xiàn)場施工完成的, 靠聚合物和水泥的粘結(jié)力牢固地粘結(jié)在結(jié)構(gòu)表面, 沒有任何接縫, 具有整體性防滲防護(hù)功能, 對基層混凝土裂縫或接縫需用一層或多層織物纖維材料和膠粘劑加固處理。
(3) 柔性增強(qiáng)聚合物水泥防水材料兼有高分子材料的延伸性、柔韌性好和水泥材料粘結(jié)性好、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)。因此, 它顯示出較好的粘結(jié)強(qiáng)度及抗刺穿、抗沖擊性, 優(yōu)良的抗?jié)B性、抗腐蝕性及耐久性。特別是以高分子織物土工布或尼龍質(zhì)紗網(wǎng)增強(qiáng)后的涂層,拉伸強(qiáng)度顯著增加, 不僅對基層混凝土的裂縫有一定的跟蹤、隨動性, 而且在所有預(yù)期條件下, 整個(gè)防水層仍能維持防滲功能。
(4) 聚合物水泥防滲防護(hù)涂層的基本性能: ①粘結(jié)性: 具有與基層混凝土良好的粘結(jié)強(qiáng)度, 2～4MPa; ②抗?jié)B性: 在預(yù)期的條件下, 整個(gè)防滲層不為水和鹽溶液所滲透, 迎水面2 ～3 MPa 水壓力不滲, 背水面0.6 ～1.2MPa 壓力不滲; ③屏蔽裂縫特性: 由于防滲層的延伸性, 能夠屏蔽不超過5 mm 的已有裂縫和防滲層完工后新出現(xiàn)的裂縫寬度小于3 mm 的裂縫; ④耐久性:未顯示任何老化效應(yīng), 如脆性、開裂等, 200 次凍融循環(huán)后其粘結(jié)強(qiáng)度降低30 %左右; ⑤施工性: 良好的施工性, 可用刷、滾、刮、抹施工, 一次施工厚度不宜太厚, 可用于潮濕面, 基面需要處理, 特別是混凝土表面幾毫米深范圍內(nèi)的質(zhì)量極為重要, 如果這一層混凝土受損, 會發(fā)生防水層脫落。
5 結(jié)論與建議
裂縫是水工混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,也是一個(gè)大難題。裂縫的出現(xiàn)不僅會降低結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力, 影響其使用功能, 而且會引起鋼筋的銹蝕, 混凝土的碳化, 降低材料的耐久性, 影響結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。
研究表明, 水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫大部分是能夠通過設(shè)計(jì)手段、施工措施來避免的, 裂縫的危害是可以通過采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┑靡钥刂频摹５蠖鄶?shù)的預(yù)防措施, 都必須在設(shè)計(jì)和施工階段就著手安排, 要將控制關(guān)口前置, 防患于未然。因此, 無論是從使用功能, 還是從耐久性的觀點(diǎn)來看, 應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念, 在傳統(tǒng)的水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 建議在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置一層柔性防滲防護(hù)涂層, 使之成為受力結(jié)構(gòu)和防滲結(jié)構(gòu)相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu), 限制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生、發(fā)展, 降低裂縫帶來的危害, 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性, 保證結(jié)構(gòu)的正常使用功能。該方法對控制裂縫危害、保證混凝土結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定地運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義, 也可廣泛地應(yīng)用于其他領(lǐng)域。
