钢筋砼水池裂缝控制.docx

钢筋混凝土水池裂缝的安全控制 发表于2011-2-23 10:16:21分使用道具小中大楼主 混凝土裂缝是一个带普遍性的技术问题。虽然结构设计是建立在强度的极限承载力基础上，但大多数的工程使用标准却是由裂缝控制的。结构的破坏和倒塌也都是从裂缝的扩展开始的，如强烈地震后震区的建筑物上布满了各种各样的裂缝。荷载试验的钢筋混凝土梁上出现大量裂缝等等，所以人们对裂缝往往产生一种破坏前兆的恐惧感。的确，裂缝的扩展是结构破坏的初始阶段，相对的某些裂缝，其承载力也可能受到一定威胁。同时，结构裂缝也可以引起渗漏，引起持久强度的降低，如保护层剥落、钢筋腐蚀、混凝土碳化等。混凝土裂缝的表现形态各种各样，工程意义也各不相同。按裂缝的起因划分，主要的可概括为如下几种：一是混凝土收缩变形约束裂缝，即混凝土的干缩、温缩变形因为受到约束作用而引起的约束拉伸开裂；二是混凝土受力裂缝，即混凝土结构在设计荷载或其它外力作用下产生的裂缝；三是混凝土化学反应胀裂，即混凝土内部某种化学反应物的膨胀力在工程外表所引发的裂缝；四是混凝土的塑态裂缝，即混凝土在浇筑后呈塑性状态时因收缩或沉降等原因所引发的开裂。以上四种裂缝又可概括为如下两大类：荷载引起的裂缝和变形变化引起的裂缝。根据国内外有关资料，在实际工程中，结构物的裂缝主要由变形变化（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的占80%左右，主要由荷载引起的占20%左右。前述80%的裂缝中也包括变形与荷载的共同作用，但以变形变化为主所引起的裂缝。同时，在20%的裂缝中也包括荷载与变形变化的共同作用，但以荷载为主所引起裂缝。根据设计规范及有关试验资料，混凝土最大裂缝宽度的控制标准大致如下：（1）无侵蚀介质，无防渗要求0.3mm（2）轻微侵蚀，无防渗要求0.2mm（3）严重侵蚀，有防渗要求0.1mm一般来说，混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。所谓结构的抗裂质量只是根据不同的结构及相应环境把裂缝控制在一定范围内而已。控制裂缝应该防患于未然，首先尽量预防有害裂缝，防不住的就堵，重点在防。实践证明，只要设计与施工紧密配合，采取控制措施，就可取得良好效果。对于石化企业的一些大型的污水池（如隔油池、氧化池等）的裂缝控制，以下根据多年的设计经验，谈一些粗浅的看法。2 荷载引起的裂缝控制荷载引起的裂缝主要有以下两种。（一）是外荷载（如静、动荷载）的直接应力，即按常规计算的主要应力引起的裂缝。（二）是由外荷载的作用，结构次应力引起的裂缝。由于混凝土的裂缝宽度难以正确计算，并且对其与钢筋锈蚀的关系也缺乏统一的认识，各国的有关设计规范一般是基于裂缝机制分析并结合经验在裂缝宽度上或钢筋构造上给出指标进行限制。我国现行的有关规范中就是采取限制裂缝宽度的方法，在设计中应符合规范要求的混凝土水池最大裂缝宽度不大于0.2mm，并根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）中要求不同结构在不同环境中的验算方法进行裂缝验算。在设计过程中，除了对结构进行裂缝宽度的验算外，还应注意如下问题：（1）应与主体在专业沟通，在工艺允许的前提下，尽量减小钢筋混凝土水池的长度和深度；（2）加强池壁顶部刚度，尽量避免池壁为悬臂结构；（3）在保证计算钢筋面积且不影响混凝土浇捣的前提下，尽可能选择小直径的钢筋，且将钢筋间距控制在100mm左右，以免混凝土构件出现的裂缝过于集中、宽度过大；（4）改变水池池壁竖筋和水平筋的相对位置。通常混凝土水池池壁竖向钢筋量在单位长度内均大于水平筋面积。为了减少竖筋的混凝土保护层厚度，增大竖向钢筋的h0通常采用如图1的方式配筋。图1池壁配筋平面示意但从新的混凝土结构设计规范（GB50010-2002）实施以来，对寒冷地区按图1的方式进行配筋就不太合适。这是由于新规范规定的钢筋的混凝土保护层为30mm，对于水平筋其混凝土保护层一般将达到45mm以上，那么池壁容易引起较宽的竖向裂缝。因此，为控制池壁的竖向裂缝，可如图2（a）方式配筋或如图2（b）在竖筋外加一层水平分布筋。图2（a）图2（b）（5）当池壁太长，水池太深时，可在条件允许的情况下在池壁的外侧增加扶壁，用以分割板的跨度，扶壁的间距控制在34m可将池壁分成三边或四边支撑的双向板，这样可减小配筋的直径，同时避免构件出现竖向裂缝。在实际的工程中应用很广泛。例如在全厂下水系统改造的污水池及701循环水场改造工程的集水井等工程中就采用了这种方法。效果不错。3变形变化引起的裂缝控制由变形引起的裂缝，是结构由温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素而引起的裂缝。应特别注意这种裂缝起因是结构首先要求变形，当变形得不到满足才引起应力，而且应力尚与结构的刚度大小有关，只有当应力超过一定数值才引起裂缝，裂缝出现后变形得到满足或部分满足，应力就发生松弛。某些结构，虽然材料强度不高，但有良好的韧性，也可适应变形的要求，抗裂性能较高，这是区别于荷载裂缝的主要特点。而且变形荷载的作用，从环境的变化，变形的产生到约束力的形成，裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间瞬时完成的，它有一个“时间过程”，称之为“传递过程”，是一个多次产生和发展的过程，这是区别于荷载裂缝的另一特点。首先，由于温度应力会引起裂缝，例如冷焦冷热水池，池内温度高达90，而池外温度在冬季最低可达15，造成池内外温差达到105，产生的温度应力将会是产生裂缝的主要因素，这种情况下要采取控制措施，否则将会出现裂缝。其次，由于混凝土的收缩和膨胀也会导致裂缝。例如循环水场凉水塔下水池长度达36米，在混凝土内部有初始应力，在硬化的过程中将产生不均匀的热膨胀，如不采取控制措施将导致裂缝。上述变形引起的裂缝在钢筋混凝土水池中主要表现为纵向池壁的竖向裂缝。如何有效控制钢筋混凝土水池池壁由变形引起的裂缝是一个很受各方关注的技术课题。根据大量的工程实践和近些年工程材料的研究，若要结构构件在正常使用下不出现裂缝，那么就必须对其施加预应力，需付出较大的经济代价才能取得效果。因此对于结构工程师来说应根据不同情况采取相应措施对裂缝进行控制，使结构本身即使是带有一定程度的裂缝也应是安全的。控制水池纵向池壁因变形变化为主引起的裂缝，主要可采取如下主要措施。（1）设置伸缩缝。对于大型水池的长度、宽度较大时。可按有关规范的规定，相应的设置伸缩缝，这样可以减少由于混凝土的收缩和膨胀产生的裂缝。伸缩缝的间距可按表1的规定采用。由于伸缩缝应贯通，但对于连续浇筑的混凝土水池来说，整体断开始终是个弱点。不但不利于抗震，而且对填缝材料（及止水带）的技术要求颇高。如果发生质量问题在处理上也比普通裂缝情况要困难的多。表1矩形构筑物的伸缩缝最大间距地基类别工作条件结构类别岩基 土基露天 地下式或有保温措施 露天 地下式或有保温措施砌体 砖 30 40 石 10 15 现浇混凝土 5 8 8 15钢筋混凝土 装配整体式 20 30 30 40现浇 15 20 20 30（2）设置后浇带。所谓后浇带，就是在浇筑混凝土时，每隔20-30m预留出宽约1m的“施工缝”，待主体结构浇筑完后40天后浇筑后浇带。在701循环水场凉水塔水池的施工中考虑设置伸缩缝（长36m）有可能漏水（由于填缝材料及止水带等问题）故考虑设置了后浇带。但设后浇带不足之处主要是接缝的混凝土易于存有缺陷和施工工期偏长。（3）在混凝土中填加复合型外加剂。目前外加剂的品种繁多，大多具有减少剂功能，并能增加混凝土的流动性，补偿混凝土的自收缩，提高混凝土强度及抗渗、抗裂能力。具体使用可见混凝土外加剂应用技术规范（GB50119-2003）。由于外加剂具有这些优点，因此近几年在石化行业的大、中型钢筋混凝土水池中普遍采用具有补偿混凝土收缩等多功能的外加剂，以减少或避免设置伸缩缝及后浇带。在循环水场的工程中得到应用，取得了较好的效果。当然选择外加剂的品种，除了考虑其具备的各项功能外，还应考虑生产厂的信誉和产品的质量，严格控制氯离子含量5%。（4）钢筋混凝土水池也可采用预应力结构，即通过对大型的钢筋混凝土水池池壁在水平方向施加预应力，给混凝土一部分预压变形，它能减小甚至消除池内水压力在侧壁中引起的抗应力，使混凝土免于开裂，以提高混凝土的抗裂性。（5）控制裂缝宽度的计算值。在按混凝土结构设计规范验算纵向池壁的配筋时，考虑变形变化的因素，允许的裂缝宽度应严格控制在规范要求多0.2mm以内。若计算时裂缝宽度为0.2mm，则叠加上变形变化引起的裂缝，裂缝宽度将达0.3mm或0.4mm以上，既污染环境有影响美观。因此，在设计过程中，对于长度为20m-30m的水池壁中部，裂缝宽度一般控制在0.1mm以内，并在墙体中部300-400范围内将水平筋间距控制为池壁水平筋间距的一半。这样即使叠加上变形变化引起的裂缝，那么缝宽一般也不超过0.2mm。这样即使还会有水渗出，但在一年之后该裂缝将会逐渐愈合。（6）在有温差较大的池壁外加保温材料，使池内外温差减小，减小由于温度应力产生的裂缝。（7）合理的构造措施（如在池壁顶加暗梁）和施工过程的质量控制及混凝土的养护，都是混凝土裂缝宽度控制的关键环节。4钢筋混凝土水池裂缝的修补钢筋混凝土水池的裂缝虽说不可避免，但其危害程度可以控制。总的来说，裂缝控制技术包括开裂前的预防与开裂后的处理两部分。前面全面论述了预防为主的控制技术，下面对于可能出现的预计不到的裂缝及其处理技术即开裂后的处理技术进行阐述。由于大约80%的裂缝是因变形所引起的，而这种裂缝无承载力危险，因此，可采用防水型化学灌浆技术作一般表面处理。对于降低承载力的裂缝，必须采用补强型化学灌浆技术处理。一般说来，根据裂缝扩展的不同程度采取不同的处理方法：宽度在0.3-0.5mm最大至1mm时采用化学灌浆；当裂缝宽度达1.0mm以上时，可采用比表面积为9000cm2/g的研磨水泥灌浆。钢筋混凝土水池常见的漏水部位：（1）施工缝漏水（2）沉降缝、伸缩缝漏水（3）预制下水管道接头漏水（4）埋设件漏水（5）混凝土蜂窝麻面漏水采用的堵漏施工方法，为压力灌浆法，将堵漏的材料配成浆液，用压送设备（压力0.2-0.4Mpa）将其注入混凝土缝隙以及外部土层的孔隙中，使其扩散、胶凝，因此，可达到闭塞渗水通道，加固结构的目的。灌浆材料有颗粒性材料和非颗粒性材料两大类。水泥、石灰、粘土等属于颗粒性材料。非颗粒性材料即为一般所说的化学灌浆材料如环氧树脂类、聚氨酯类、水玻璃类等。使用时要恰当的选择材料和方法，方能达到预期的效果。地下构筑物的防渗也以预防为主。在设计和制订施工方案的过程中就应规定好妥善的措施，施工过程中认真搞好混凝土工程本体及伸缩缝、施工缝的质量，堵塞其他一切可能形成的渗水通路。5结论在日益注重环境、注重安全、注重质量的今天，水池裂缝的防治将愈来愈得到有关方面的重视。在“防”与“治”这两方面，作为设计人员来说，重点应放在“防”（即控制）上。在今后的设计过程中，控制裂缝主要采取如下措施：（1）应根据工艺要求结合周围的环境情况，确定水池的各部尺寸和合理的结构形式。（