砼表面裂缝对三峡永久船闸耐久性的影响及预防 王洪涛

1、砼表面裂缝对三峡永久船闸耐久性的影响及预防武警水电二总队三峡工程指挥所技术股助工 王洪涛【摘要】：由于砼内部受拉的特殊性决定了三峡永久船闸砼表面出裂缝是不可避免的，但由于砼表面产生的裂缝长期处于有腐蚀性介质或干湿交替（闸室上游水位变化区145-175m）的环境下，则过宽的受拉裂缝也会加速钢筋的腐蚀，对永久船闸的永久性产生不利的影响。【关键词】：砼表面裂缝、三峡永久船闸、耐久性、影响、预防措施1 表面裂缝对永久船闸耐久性的影响提高三峡永久船闸砼结构的耐久性主要是设法延迟钢筋发生锈蚀的时间，钢筋的锈蚀破坏可分三个阶段：阶段1，从永久船闸竣工至钢筋表面钝化膜破坏，这段时间为T1；阶段2，从钢筋开始锈

2、蚀到砼保护层出现顺筋胀裂，这段时间为T2；阶段3，砼保护层剥落到钢筋加速锈蚀变细而丧失承载力，这段时间为T3。永久船闸设计使用年限应满足TT1+T2，T为永久船闸设计使用年限，其中砼保护层厚度的大小及保护层的密实性是决定T1的根本因素；环境条件与保护层厚度则是决定T2的两个主要原因；而砼表面裂缝宽度随着保护层厚度的增加而增大，但决不能用减薄砼保护层的办法来降低砼表面裂缝的宽度，因为过薄的保护层厚度将严重影响钢筋混凝土的耐久性。2 缝的成因及预防砼产生裂缝的原因十分复杂，综合起来有荷载作用引起的裂缝和非荷载因素引起的裂缝两大类。21荷载作用引起的裂缝在荷载作用下，砼表面的拉应变大于砼极限拉伸值而

3、产生的表面裂缝，对于由荷载作用下的裂缝可通过合理的配筋，选用与砼粘结较好的变形钢筋，控制钢筋的应力不过高，钢筋的直径不过粗，并且钢筋在砼中的分布比较均匀，这样就能控制正常情况下的裂缝宽度不致过宽，如永久船闸闸室衬砌墙墙背局部超挖大于60cm部位都增设结构钢筋；墙背整体超挖时可调整结构内部墙背钢筋，使其沿岩面布设；衬砌墙顶部超挖大于2.0m增加一层防裂钢筋；永久船闸各闸首人字门顶枢拉杆槽二期砼顶面增设一层防裂钢筋。此外由于岩面骤变，出现尖角、凹槽等情况造成砼内部应力集中，当砼内部应力集中点拉应力大于砼的抗拉强度时，应力集中点将出现裂缝。三峡永久船闸在施工前将基础岩面的尖角、松动块石及不稳定因素清

4、除，使基础岩面整体平顺过渡，岩面经验收合格后方可进行砼浇筑；但对于大的坍滑部位采取先回填施工，再进行结构砼施工，如北线二闸室中隔墩坍滑体、上游箱涵54段及闸首与闸室相邻段采用先回填施工，使岩面与回填砼面保持平顺，回填砼面上贴三油二毡使结构砼与回填部位隔离，避免结构砼内部产生应力集中。22非荷载因素引起的裂缝221温度变化引起的裂缝砼随温度变化而产生热膨冷缩，当变形受到约束时，就能产生裂缝，裂缝随约束程度增大而增宽，为防止产生过大的裂缝而影响砼整体的稳定性，可以撤去约束，允许其自由地产生变形，永久船闸闸室设置12米分缝（闸室分流处衬砌墙设24米分缝），分缝处设三油二毡隔缝，可调节因温度变化而引起

5、过大的裂缝，另外闸室衬砌墙及大体积砼内设冷却水管，砼浇筑结束后通水冷却，可调节砼内外温差，使砼内外温差不大于10C，避免内外砼因热膨冷缩不一致产生表面裂缝。引起大体积砼开裂的主要原因之一，是由于砼在硬化过程中，产生大量的水化热，导致砼内部温度上升，砼内外温度差引起温度应力，使砼内部受压外部受拉，由于砼在硬化初期只有很低的抗拉强度，外部砼在拉力作用下产生裂缝。防止这类裂缝的措施是浇筑砼时进行合理的分层（约束区之内控制在1.5m高，脱离约束区每层不超过3m），采用低热水泥（三级配外加减水剂），降低砼的浇筑温度，在砼内预进冷却水管通冷却水等。为削减水泥水化热温升，对新浇筑的砼进行了为期1520d的初

6、期通水。在砼收仓后12h左右开始进行，通水流量Q1825l/min，控制降温速度1/d。311月份浇筑的大体积砼必须进行初期通水，并采用7制冷却水； 122月份浇筑的大体积砼也必须进行初期通水，但可采用江水，通水层数可适当减少。2 2. 2砼收缩引起的裂缝砼在空气中结硬时体积要缩小，产生收缩变形。由于砼受边界约束作用而不能自由伸缩，砼的干缩就可能导致裂缝的产生。此外永久船闸在配筋率较高的部位由于钢筋对周围砼的约束作用增强，砼的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力，引起砼局部产生裂缝。新老砼的界面、上部受拉下部受压施工部位也易产生收缩裂缝。防止和减少收缩裂缝的措施是合理设置伸缩缝，改善砼性能，降低

7、水灰比，调整结构钢筋的分布情况使其分布均匀，设置构造钢筋使收缩裂缝分布均匀，避免发生集中的大裂缝。加强砼表面养护，牛腿及砼现浇梁等上部受拉下部受压部位可适当推迟承重模板拆除时间，待已浇砼具备一定抗拉伸能力后方可拆除承重模板。22 3基础不均匀沉降引起的裂缝基础不均匀沉降使砼结构受迫变形而引起裂缝。北线一闸室F1050断面由于基岩面存在软弱夹层，施工过程中在F1050周边进行掏槽，清除断面内部的软弱夹层，布设构造钢筋，回填砼恢复岩面平顺，削减因基础不均匀沉陷引起砼内部应力集中产生表面裂缝。22 4砼塑性坍落引起的裂缝砼浇筑结束在砼处于塑性状态，如果砼出现泌水现象，在重力作用下混合料中的固体颗粒有

8、向下沉移而水向上浮动的倾向，这种移动当受到钢筋骨架或模板的约束时，在上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。预防措施：合理作好砼的配合比设计，特别是要控制水灰比，采用适量的减水剂。施工时砼既不能漏振也不能过振，冬季或气温比较低时可适当推迟砼表面冲毛时间，夏季施工时应检查冷却水管的密封情况，避免砼泌水现象的发生，防止模板沉陷。2. 2. 5钢筋锈蚀引起的裂缝钢筋锈蚀后其体积将大于原钢筋的体积，这种效应可在钢筋周围的砼中产生膨胀拉应力，如果砼的保护层比较薄，不足以抵抗这种拉应力时，就会沿钢筋形成一条顺筋裂缝。预防措施：提高砼的密实度和抗渗性，永久船闸在施工过程中特别注意钢筋周边砼的密实性，由技术熟练的

9、振捣工用软轴振动棒振捣，为便于砼浇筑钢筋密集部位采用二级料，模板结束后对砼表面进行认真检查，分不同季节作好砼表面养护。226碱-骨料化学反应引起的裂缝砼孔隙中水泥的碱性溶液与活性骨料（含活性SiO2）化学反应生成碱-硅酸凝胶，碱硅胶遇水后可产生膨胀，使砼胀裂。开始时在砼表面形成不规则的细小裂缝，然后由表向里发展，裂缝内充满白色沉淀。碱-骨料化学反应对砼结构的耐久性影响很大，为了控制碱-骨料的化学反应的速度应选择优质骨料和低含碱量的水泥，并以提高砼的密实度和采用较低的水泥比。3 裂缝的开展宽度31裂缝开展前后的应力、应变状态在砼裂缝出现前，受拉区由钢筋与砼共同受力，沿砼表面长度方向，各截面的受拉

10、钢筋应力及受拉砼应力大体上保持均等。由于各截面上砼实际抗拉强度稍有差异，当荷载增加到一定程度时，在某一最弱的截面上首先出现第一条裂缝。在裂缝面上裂开的砼不再承受拉力，原先由受拉砼承受的拉力就转移由钢筋承担，此时裂缝截面上的钢筋应力就突然增高，钢筋的应变也随之增大。受拉张紧的砼在向两边回缩时，砼与钢筋产生相对的滑移，但因受钢筋与砼粘结作用的影响，砼不可能一下子自由回缩到完全放松的无应力状态。离开裂缝截面越远，粘结力累计越大，砼回缩就越小，因此，在远离裂缝的截面，砼仍处于某种张紧的状态。当荷载有微小增加时，在应力大于砼实际抗拉强度的地方又将出现第二条裂缝，第二条裂缝出现后，该截面的砼又将脱离受拉，

11、应力下降为零，钢筋的应力又突增。因此在裂缝出现后，沿砼表面长度方向，钢筋与砼的应力是随着裂缝位置而变化的。32最大裂缝宽度由于砼质量的不均匀性，砼表面产生裂缝的间距也有疏有密，每条裂缝开展的宽度也有大有小，分散性很大，衡量裂缝开展宽度是否超过允许值，是以最大裂缝宽度为衡量标准。4 防止钢筋锈蚀4.1合理选用砼原材料，并保证砼骨料质量，三峡永久船闸采用98.7商品砼。4.2提高砼的密实度，改善砼级配，降低水灰比，掺加减水剂。三峡永久船闸大体积砼普遍采用三级配，施工过程中注意振捣及初期养护。4.3确保砼保护层厚度。永久船闸砼保护层为10cm，施工过程中通过测量进行校核。4.4采用耐腐蚀钢筋。永久船闸闸首过缝钢筋采用表面镀锌防腐，对于施工过程中钢筋的锈蚀通常采用在砼浇筑前用钢刷将钢筋表面锈斑清除。4.5按设计规范对砼表面应力集中部位作必要的理论计算，将受拉裂缝宽度严格限制在允许值范围之内。必要时可