4.3.1 构筑物渗漏的主要原因
在实际工程中,常会遇见一些钢筋混凝土水池、泵房产生裂缝,引起渗漏等事故发生。其产生裂缝的原因是多种多样的:有的因对设计荷载估计不足,含钢量过小;不能满足抗裂性与控制裂缝要求;’有的因构件刚度不够,产生过大变形而开裂;有的在混凝土浇筑凝固过程中,因模板移动或由于地基软弱,产生不均匀沉降而引起;至于因施工不当产生裂缝的原因则是多方面的,如混凝土不密实,砌块砌筑质量不过关,选用材料不合设计要求,施工缝处理不当等均会导致裂缝的产生。其中,尤以温度应力及干缩应力对钢筋混凝土结构产生裂缝的影响最为复杂,而且较难控制。
1.由变形变化引起的裂缝
混凝土的抗拉强度低,是由于其构件在拉应力甚小时即开裂的缘故。必须指出,除荷载应力作用外,在不利的温度与湿度条件下,还常因外部或内部多因素而产生较大的拉应力,从而使混凝土在承受荷载之前即产生裂缝。裂缝的危险主要是发生在浇注后的10~40 h内,即新浇注的混凝土还没有产生抗拉强度之前,便由于温度而承受较高的内应力或约束反力,钢筋混凝土水工构筑物多属较大体积混凝土。这样,混凝土内部的水泥水化热大量地积聚,且热量散发极慢,因而导致混凝土内部温度高,表面温度低而引起内外温差。例如拆模前后,当夜间气温低,混凝土表面温度下降极快;而内部温度较高,引起体积膨胀。这样,混凝土表面温度低,体积膨胀小,约束了内部体积膨胀,冰而在混凝土表面产生拉应力,当此种拉应力超过混凝土抗拉强度时,必然产生表面裂缝。混凝土表面干缩快,内部干缩慢,使得表面干缩受到内部干缩慢的约束,同样会在混凝土表面产生拉应力,当此拉应力超过混凝土抗拉强度时,亦会造成表面裂缝。此外,由于拆模后表面与内部湿差也增大,在温差与湿差形成表面拉应力的双重作用下,势必产生表面裂缝。温度应力按下述公式作近似计算:
σ=0.5·E·α·ΔT·R
式中 σ——混凝土温度应力(MPa)
E——混凝土弹性模量(采用2.6×104 MPa);
a——混凝土收缩系数(采用1.0×10-5/K);
ΔT——混凝土温差(K);
R——约束系数(采用0.7)。
2.伸缩缝间距控制不当引起裂缝
由于水平应力为裂缝产生之主要应力,构件截面中点X=0处出现的是最大值,侧壁板上产生的竖直裂缝往往处于截面之中点。而工程实际中发现,裂缝一旦出现,除截面中点处,还会出现数条尚有规律的裂缝。究其原因,当拉伸变形达到极限变形值时,于中部出现一条竖缝,壁板一分为二,而每块壁板又分布有水平应力,若应力值大于混凝土抗拉强度,则裂缝均于两壁板中部出现,一直开裂至应力值小于混凝土抗拉强度为止。由此可知,防止大型钢筋混凝土水池壁板开裂的重要条件之一是控制伸缩缝的最大间距。
3.含钢量过小造成壁板开裂
混凝土随着温度变化发生膨胀或收缩,其膨胀或收缩系数α1=1.0×10-5/K;而钢筋的线膨胀系数α2=1.2×10-5/K。由于α1≈α2,因此,当温度变化时,在钢筋与混凝土之间仅产生甚微的内应力,它们是共同变形的。
因此
σ2=σ1·E2/E1
式中 σ2,σ1——混凝土与钢筋的应力;
E1,E2——混凝土与钢筋的弹性模量。
应当指出,钢筋在其内有一定作用,但绝非在混凝土中配筋就保险不产生裂缝,然而,合理配筋可以提高混凝土极限拉伸,通过黏着力将混凝土垂直于开裂方向的变形沿配筋方向均匀分布,使裂缝趋向于分散、细微。参照齐斯克列里公式,列出计算最小含钢率公式: