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补偿收缩混凝土防渗面板裂缝病害分析及防治

更新时间:2009-03-28

0 前言

随着工程技术的进步,水利工程建设对混凝土的抗裂性能要求越来越高。相比普通混凝土,补偿收缩混凝土因为加入膨胀剂,混凝土体积会发生膨胀,在钢筋或其他约束条件下产生0.20~0.70 MPa的预压应力,从而抵消了一部分混凝土因收缩产生的拉应力,同时U型膨胀剂水化生成钙矾石晶体会填充混凝土中的孔隙,减少了混凝土的孔隙率,使得混凝土结构变得更加密实,因此具有抗裂性能高、抗渗性好等特点。目前,补偿收缩混凝土被广泛应用于地下室混凝土结构自防水、超长结构的无缝施工和水工结构抗渗漏等工程领域。我国多座坝体防渗面板均采用了补偿收缩混凝土,例如:河口村水库和龙门滩水库等,和普通混凝土防渗面板相比具有十分显著的防渗效果。但工程实践表明,采用了补偿收缩混凝土的面板也极易产生裂缝病害,给广大工程技术人员造成较大困惑,也成为国内研究的热点。研究表明,养护湿度的增加会提高混凝土的早期膨胀程度和强度,养护湿度越高,混凝土早期抗裂效果越好,马军涛等人通过研究养护湿度对补偿收缩混凝土的碳化速率影响进而得到补偿收缩混凝土的膨胀程度;李鹏通过研究绝湿和水养两种养护情况下早期混凝土的限制膨胀率和强度,得到水养相比绝湿养护提高了混凝土限制膨胀率和强度;孔祥付通过研究不同养护方式下混凝土的膨胀值,得出水养是补偿收缩混凝土最适宜的养护方式。对于养护温度而言,养护温度的增加也会提高混凝土的抗裂性能和早期强度,苗苗等人提出了养护温度对补偿收缩混凝土抗裂性能的影响;杨松林提出了养护温度对补偿收缩混凝土限制膨胀率的影响。

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考虑到实际工程施工方式、施工温度及养护条件等因素的影响,补偿收缩混凝土面板开裂多易发生在较早龄期。文章结合工程实例,对补偿收缩混凝土防渗面板开裂原因及防治方法进行了探讨,并提出了合理的防治措施。

1 工程概况

河南省某水库经过30多年的运行,坝体表面裂缝开展严重,大坝防渗性能明显下降,已经严重影响大坝的安全,需对大坝坝体进行防渗加固处理。通过经济技术的分析比较,采用坝体上游增设混凝土防渗面板方案。防渗面板设计为C25补偿收缩混凝土,浇筑厚度0.50~1.00 m。施工过程中发现防渗面板表面出现了多条水平和竖向裂缝。采用超声波无损检测仪(型号ZBL-F610)对防渗面板的裂缝分布、数量、走向、宽度和深度等进行了检测和统计,结果显示:裂缝宽度最大为0.52 mm,裂缝长度最大为14.60 m,裂缝深度最大为190 mm;水平裂缝共25条,竖向裂缝共32条,斜向裂缝共4条。裂缝的宽度分布如表1所示。

 

表1 裂缝宽度分表

  

裂缝宽度(mm)数量(条)≤0.20 49 0.20~0.50 10≥0.50 2

2 裂缝病害分析

2.1 混凝土面板内外温差过大

防渗面板的浇筑开始于2月份,浇筑日最低温度为5℃,采用平仓浇筑和跳仓浇筑结合的浇筑方式,浇筑完成后采取喷淋养护剂的养护方式,没有采取相应的混凝土保温措施。

本工程采用的是U型膨胀剂,U型膨胀剂其发挥作用的时间是在混凝土浇筑完成后的1-14 d,之后膨胀效果趋于稳定,28 d之后基本不产生膨胀。U型膨胀剂早期在混凝土中产生较小的预压应力不能抵消后期因温度变化而产生的收缩变形。当补偿混凝土浇筑完成之后,外部环境的温度较低,而混凝土内部一方面水泥水化产生大量的热量,另一方面膨胀剂的水化也产生了一部分热量,且混凝土自身导热性能差,内部温度散发较慢,导致混凝土内部温度较高。工程施工时并未采取有效的保温措施控制内外温差,使得混凝土内外温差骤升,温度梯度较大。由于混凝土内部温度过高,混凝土内部产生热膨胀,混凝土外部温度低发生收缩而引起拉应力,由于U型膨胀剂所建立的预压应力只能抵消部分后期温度变化产生的拉应力,因此,当内外温差产生的拉应力大于混凝土抗拉强度时就会造成补偿收缩混凝土的开裂。

2.2 养护方式不合理

考虑到环境温度的影响,工程中应该特别注意施工温度对浇筑质量的影响。如:高温施工时应该采取措施避免阳光对混凝土的暴晒,减少混凝土水分的损失;在冬季施工时根据GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》,构件的拆模时间需要延长至7 d以后,表面不能直接洒水,需采用塑料薄膜进行覆盖保持水分并且薄膜的上部需要覆盖保温材料,减小混凝土因内外温差产生的拉应力。此外,膨胀剂对温度较为敏感,当浇筑温度低于5℃时应该停止浇筑。

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近年来,腹腔镜手术在异位妊娠患者中得到应用,且效果理想。本研究中,观察组手术时间、术后肛门排气时间及住院时间均短于对照组(均P<0.05);观察组术中出血量少于对照组(P<0.05)。由此看出:腹腔镜手术在异位妊娠手术中创伤较小、安全性较高。腹腔镜手术属于一种微创手术方法,具有视野清晰、切口小、手术彻底及术后并发症发生率低等优点。同时,腹腔镜手术美观度较好,手术安全性较高,能清晰、直观地显示输卵管病变情况[18-19]。本研究中观察组术后并发症发生率为7.50%,对照组为17.50%,两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。由此看出:腹腔镜手术安全性较高,术后并发症发生率较低。

2.2.3 养护时间

2.2.2 养护湿度

U型膨胀剂的膨胀机理为UEA与水泥中C3S、C2S水化析出的氢氧化钙反应生成钙矾石(C3A·3CaSO4·32H2O),钙矾石的膨胀是由于其表面带负电性而吸附了大量的水。从化学式中可以看出每产生1 mol的钙矾石就要消耗32 mol的水。因此掺入U型膨胀剂的补偿收缩混凝土早期对水的需求较大,缺水时钙矾石无法生成,从而影响补偿收缩混凝土的膨胀。此外水泥的水化反应也需要大量水分,混凝土水化热产生的热量使混凝土中的一部分水分蒸发,尤其是夏季施工时,由于较高的施工温度加快混凝土表面水分蒸发,混凝土中的水分丧失较快,所以要生成足够的钙矾石就需要在养护过程要保持足够的水分。

膨胀剂的水化反应对温度较为敏感,养护温度越高,膨胀剂的水化反应越快,补偿收缩混凝土的限制膨胀率也相应提高。试验结果表明:在养护温度40℃情况下其限制膨胀率是20℃的1.70倍,因此随着温度升高,补偿收缩混凝土的膨胀效能越好,抗裂性能越好。随着温度的升高,混凝土的强度也会相应的提高,混凝土强度的提高会限制补偿收缩混凝土的膨胀。掺入U型膨胀剂的混凝土适宜的养护温度为30~40℃,在此温度下混凝土的强度与限制膨胀率能够相互协调发展。

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补偿收缩混凝土在1-7 d养护期间内膨胀率能达到70%~80%,在浇筑完7 d之后混凝土会产生收缩,养护时间越长混凝土的收缩值越小,因此补偿收缩混凝土需至少养护14 d。初始的养护时间越早,补偿收缩混凝土的膨胀量就越大。研究表明,浇筑完成后2 h开始养护的膨胀量是24 h开始养护膨胀量的2.50~10倍,初凝后立即对混凝土进行密封养护对混凝土的收缩有较好的抑制。因此应当选择在浇筑完成后,尽早对混凝土采取密封养护。

2.2.1 养护温度

由于工期紧张,为了后续坝块顺利施工和养护方便,采取在浇筑完成的混凝土上喷养护剂,在养护期间内并没有对补偿收缩混凝土进行淋水养护,冬季未对混凝土采取有效的保温措施。结合上述分析发现本工程养护中存在养护不及时、养护时间较短、冬季养护温度较低,养护剂在喷洒之后的1-8 h后才能形成薄膜且养护剂保水率不如塑料薄膜,导致养护湿度不足。此外,现场采取跳仓浇筑和平仓浇筑的施工方式,施工过程密集交替,模板支架移动频繁,难免对养护剂膜造成破损,引起养护部分失效,从而引起混凝土开裂。

2.3 补偿收缩混凝土早期强度偏低

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3 补偿收缩混凝土面板病害防治

3.1 规范特殊环境下施工工艺

本工程采用的是补偿收缩混凝土,与普通混凝土的养护相比,补偿收缩混凝土的养护需要注意以下3点。

基于我国病理学教学的困境和病理专科医生巨大缺口的现状,笔者认为:目前所面临的问题可以借助慕课平台的发展,逐渐得到解决。将非病理专科医生的基础病理学教育和病理专科医生的临床病理教育,对应于X型慕课和C型慕课两大阵营,在教学过程中,分别引入X型慕课和C型慕课平台。

3.2 补偿收缩混凝土的养护

浇筑完成后可用塑料薄膜覆盖在混凝土的表面,保持24 h都处于潮湿状态,如果表面干燥应及时洒水养护,养护时间不低于14 d,然后去掉塑料薄膜,在进行喷淋养护到28 d,使混凝土表面保持湿润。

现场对混凝土面板进行了强度的检测,根据规范规定选取了不同坝段的防渗面板进行检测,采用回弹法测得的28 d龄期强度低于实验室测得的混凝土强度。究其原因有两种,一是因为养护湿度不足时,混凝土中含水量较低,膨胀剂和水泥的水化都需要大量的水,在水分不充足的情况下,膨胀剂能够先于水泥争取到足够的水分,参与水泥水化反应的水量相对减少,水泥的水化反应不完全,造成混凝土较为疏松强度较低。二是因为本工程考虑到为降低水泥的水化热,在补偿收缩混凝土中加入了20%的粉煤灰,由于粉煤灰的火山灰效应,使早期参与水化的水泥量减少,由于混凝土的早期强度主要来自于水泥的水化,加之随着粉煤灰掺量的增加,混凝土的抗拉强度减小,因此掺入粉煤灰的补偿收缩混凝土早期强度较低,导致混凝土早期容易开裂。

对于大体积混凝土浇筑,可在浇筑时减少一次浇筑的厚度利用其表面进行散热,也可以在补偿收缩混凝土的内部通入冷却水加快内部的散热。同时在混凝土的表面铺塑料膜保证表面温度。在后续养护过程中注意内外温差的检测,控制其温度差大小不高于25℃。补偿收缩混凝土养护温度不宜过高,当养护温度高于60℃时,膨胀剂早期的膨胀会影响补偿收缩混凝土后期的强度。

3.3 裂缝处理

[1]赵顺增,刘立,游宝坤.补偿收缩混凝土的基本性能[J].膨胀剂与膨胀混凝土,2009(1):52-64+70.

4 结论

补偿收缩混凝土面板具有较好的抗渗性和抗裂性,但施工和养护环节对补偿收缩混凝土性能的影响显著。补偿收缩混凝土应避免低温施工,在温度低于5℃时应该停止施工,冬季施工时应该延长拆模时间并且做好相应的保温措施,夏季施工时应做好防晒措施,减少混凝土水分的损失。补偿收缩混凝土养护时要保证混凝土表面湿润,养护时间不得低于14 d,对于大体积混凝土要做好混凝土散热措施,保证混凝土内外温差不高于25℃。

参考文献:

对于表面裂缝(裂缝宽度<0.20 mm)在施工时先用钢刷打毛表面,冲洗干净后进行表面抹浆,或者不处理表面裂缝在大坝蓄水以后会自行闭合;对于裂缝宽度为0.20~0.50 mm的裂缝可视现场情况采用高聚物砂浆填充封闭;裂缝宽度>0.50 mm且裂缝深度较大的裂缝,可沿裂缝两侧开凿V型槽,表面封闭后进行灌浆处理,且后期须对注浆效果进行检测。采用超声波无损检测仪检测,如果发现灌浆后的波速明显比灌浆前的波速大,灌浆后的波速接近无裂缝混凝土的波速,说明裂缝的处理效果明显。

[2]曹先升.补偿收缩混凝土在防渗面板裂缝控制中的应用[J].人民黄河,2013,35(12):115-116+119.

[3]林成托.龙门滩碾压混凝土坝防渗技术简介[J].水利建设与管理,2008,28(6):23+22.

[4]马军涛,水中和,陈伟,等.养护湿度对补偿收缩混凝土碳化速率的影响[J].混凝土,2011(1):24-27+33.

民间早已对花椒精油所含有的抑菌作用进行了应用,如为防止米生虫和抑菌,常用花椒水来浸泡米的布袋,该方法能让大米平安度夏。祝瑞雪等[25]将花椒精油用于食物的防腐,这是出于他们对汉源花椒精油进行的研究,得出当质量浓度不是很高的情况下,汉源花椒精油对常见的食品腐败菌具有比较明显的抑制作用。龚佑文等[26]研究了花椒精油对水稻纹枯病菌形态以及对细胞壁降解酶的影响作用,将精油对水稻纹枯病菌的菌丝生长较明显的抑制作用用在了灭菌上。

[5]李鹏.HCSA膨胀剂补偿高强混凝土收缩及影响因素研究[D].重庆:重庆大学,2016:55-56.

[6]孔祥付.养护条件对膨胀混凝土变形性能的影响[J].江苏建筑,2012(S1):54-56.

[7]苗苗,米贵东,阎培渝,等.养护温度和粉煤灰对补偿收缩混凝土膨胀效能的影响[J].硅酸盐学报,2012,40(10):1427-1430.

[8]张延赫.粉煤灰混凝土抗拉性能及其尺寸效应研究[D].北京建筑大学,2015:55.

 
程林,张世伟,韩易辰,郭进军
《河南水利与南水北调》2018年第04期文献

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