水利工程施工混凝土裂縫防治技術芻議

馮是明，鄒福華

( 江西省水利水電建設有限公司，南昌330025)

0 引 言

混凝土作為水利工程中的一種重要建筑材料，混凝土結構作為水利工程中重要的組成部分，對于整個水利工程的質量控制起著至關重要的作用。而水利工程作為一項民生工程，對人民的生命財產也起著重要的作用，故混凝土結構的質量控制是整個施工控制中的重要環節。水利工程混凝土結構需要長期承受各種荷載的作用，不可避免的會產生裂縫、破損等情況。而混凝土結構中裂縫的存在和發展，破壞了水工建筑結構的整體性，導致水工建筑物內部鋼筋銹蝕，從而降低該結構物的耐久性，并影響該結構物的正常使用，嚴重時甚至會危害人民的生命財產，故應采取必要的防治措施，將混凝土裂縫帶來的影響減小到最少。

1 水利工程中混凝土結構裂縫的成因及分類

混凝土裂縫是水利工程結構物最常見的病害之一，對水工結構物的安全和耐久性造成很大的隱患，造成裂縫的原因有自身因素，也有外部因素。因此，根據裂縫生成的原因，可以將裂縫分為兩大類。

1．1 混凝土自身因素引起的裂縫

1．1．1 沉縮裂縫

沉縮裂縫的產生主要是由于在混凝土配制過程中，配合比設計不合理，粗細骨料級配差，或者是用水量過大，構件厚度大并且振搗不均勻。因為上述原因使混凝體凝結過程緩慢，從而使比重大的粗骨料下沉，而比重小的水泥漿上浮。粗骨料在下沉的過程中被鋼筋阻隔從而產生不均勻下沉，并最終使被阻隔部位出現裂縫。同時，水泥漿在上浮過程中，導致混凝土的收縮率增大，最終導致混凝土表面出現裂縫。這些裂縫一般產生在混凝土初凝后、終凝前，沉縮量一般為構件厚度的1%左右［1］。

1．1．2 收縮裂縫

混凝土在空氣中硬化時常常因為干縮引起體積變形，這種變形在受到約束時會產生裂縫，這種裂縫稱之為收縮裂縫，該裂縫的寬度有時會很大，嚴重時甚至會貫穿整個構件。故在配筋率較高的構件中，常常容易引起構件局部裂縫。另外新老混凝土的界面也容易產生收縮裂縫。

1．1．3 混凝土塑性坍落引起的裂縫

混凝土塑性坍落發生在混凝土澆筑后的幾個小時內，在這段時間內，混凝土還處于塑性狀態，當混凝土出現滲水現象時，混合料中的固體顆粒在重力作用下就有向下沉移并向上浮動的傾向。這種移動在受到鋼筋骨架或者模板約束時，就容易在上部形成沿鋼筋長度方向的裂縫。

1．2 外界因素引起的混凝土裂縫

1．2．1 溫度變化引起的裂縫

大體積混凝土在硬化過程中，由于水化會產生大量的水化熱，這些水化熱如果不能及時散發，混凝土內部溫度就會很快上升，使混凝土內外溫差過大，從而產生溫度應力，使混凝土產生形變，而混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉強度，故當混凝土的形變超過極限時就會產生裂縫。另外鋼筋混凝士在受到外部因素影響比如陽光照射，大氣溫度變化等時冷熱變化較大的時候，也會因為產生溫度應力而發生形變，一旦這種形變達到極限就會馬上產生裂縫。此外，混凝土在冬季施工或者蒸氣養護時，如防護措施不當，驟冷驟熱，也會因為內外溫度不均而產生溫度裂縫［2－3］。

1．2．2 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產生主要是由于工程結構地基土質較差，比如土質不均勻或者土質松軟，以及在回填土時沒有壓實，或是施工過程中浸水等原因，而使混凝土結構發生不均勻沉降而產生的。其次，在模板剛度不足，模板支撐的間距過大或者支撐底部松動的情況下，也會因為產生不均勻沉降而導致混凝土結構產生沉陷裂縫，特別是在冬季，模板是支撐在凍土上的，當凍土凍化后更容易產生不均勻沉降從而形成裂縫。此種裂縫走向與沉陷情況有關，一般與地面垂直或呈30° ～45°方向發展，較大的沉陷裂縫常有一定的錯位，裂縫寬度大部分情況下與沉陷量成正比關系，裂縫寬度受溫度變化的影響較小，地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定［4－5］。

1．2．3 不利環境下鋼筋銹蝕導致的裂縫

水利工程中的鋼筋混凝土常常處于不利環境中，當混凝土密實性不夠加之保護層厚度不足時，一旦環境中有氯化物浸入，氯化物中游離出來的氯離子就會與溶于水中的氧離子發生反應，并進一步與鋼筋混凝土中的鋼筋發生反應生成氧化鐵，從而使鋼筋生銹。因為新產生的氧化鐵的體積比原來鋼鐵的體積要大得多，這時就會在混凝土內產生膨脹應力，從而擠壓周邊的混凝土，并最終產生裂縫。

2 水利工程施工中混凝土裂縫的防護措施

2．1 優化混凝土配合比設計，采用適當的原材料

針對混凝土自身因素產生的裂縫，可以考慮優化混凝土配合比設計，采用級配較好的骨料，將水灰比和水泥用量控制在規范允許的范圍內( 表1) ，適當的添加粉煤灰改善混凝土的和易性，增加一定量的減水劑，保證泵送流動度，降低溫升，減少收縮。

使用適當的原材料，盡量使用低熱的水泥和粉煤灰，改善骨料級配，將砂料細度模數控制在＞2． 4，含泥量控制在＜1%。碎石針片狀控制在＜10%，含泥量控制在＜1%，控制原材料的質量可以有效減少混凝土產生收縮。

表1 水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量［2］kg·(m3) －1

2．2 混凝土拌制控制

在施工前應進行原材料試拌，及時調整混凝土配合比，選擇合適的天氣澆筑混凝土，盡量不要在高溫暴曬或者多風的天氣施工，若需要在上述條件下施工，一定要采取相應的遮擋或保溫措施。

2．3 混凝土施工過程控制

在施工過程中，針對混凝土有可能產生的各種不同裂縫，可以采取不同的方法進行預防。對于收縮裂縫，可以通過二次振搗來消除，經二次振搗過的混凝土，能較好地消除粗骨料及鋼筋下面的水膜，從而可以起到消除沉縮量的作用;對于塑性收縮裂縫，可以進行二次壓光的工藝，因為塑性收縮裂縫的產生是由混凝土表面水分散失引起的，故可先用機械抹光機進行大面積高強度的提漿抹光，然后用機械收光機進行收光，最后在混凝土終凝前再進行二次人工抹壓收光。

2．4 其他措施

結合混凝土裂縫產生的其他因素，還可以考慮采取以下措施達到消除裂縫的目的:

1) 對于容易產生沉陷裂縫的松軟土填土地基，在上部結構施工前應進行必要的夯實和加固，應將模板支撐牢固，并使地基受力均勻，保證模板有足夠的強度和剛度。

2) 拆模時間不能過早，并應注意拆模的次序。

3) 應在混凝土早期進行良好的養護和表面保護。

3 水利工程混凝土已有裂縫的修補措施

水利工程混凝土裂縫修補既要恢復水工混凝土的防水性和耐久性，又要考慮結構的安全性及美觀性。鑒于上述原則，當前水工混凝土的修補方法主要有以下幾種［6－7］。

3．1 表面修補法

表面修補法是最常見的也是最簡單的一種修補方法，主要是用于對結構承載力沒有明顯影響的表面裂縫或深度裂縫的處理。該方法有兩種處理方式:①涂覆裂縫部分。就是在裂縫的表面涂上一層水泥漿或者環氧膠泥;②全部涂覆。即在整個混凝土表面涂刷油漆或者瀝青等防腐材料。同時為了防止混凝體在各種作用的影響下繼續開裂，在實際施工中，通常會在裂縫表面粘貼玻璃絲布。

3．2 灌漿充填法

灌漿充填法主要適用于對整體結構有一定影響或者有防滲要求的混凝土裂縫的修補。該方法主要是利用壓力設備將膠結材料注入混凝土裂縫中，包括壓力注入法和真空吸入法。對于細而深的裂縫，通常沿裂縫處鑿槽，然后在槽中加入水泥漿、環氧樹脂、聚合物水泥漿等膠結材料，以達到封閉裂縫的目的。當需要修補的鋼筋混凝土結構中的鋼筋已經生銹時，需要將混凝土鑿開一定深度，直到能夠處理生銹的鋼筋部分為止，然后除銹，最后再往槽中充填膠結材料。

3．3 結構加固法

當混凝土裂縫影響到整個結構的性能時，就不能簡單地修補裂縫，而應考慮對混凝土結構進行加固處理。最近常用的碳纖維補強加固技術就是一種較好的方法，這種方法是利用高強高彈性模量的連續碳纖維用環氧樹脂浸漬之后形成碳纖維增強復合片材，然后將該片材用專用的環氧樹脂膠粘貼在混凝土表面裂縫處，固化后，該片材就和混凝土結構成為一體，從而降低了鋼筋混凝土結構所受的應力，達到補強加固的效果。

3．4 混凝土置換法

當混凝土裂縫過大，受到嚴重損壞時，通常考慮采用混凝土置換法。該方法是將損壞的混凝土部分去掉，然后重新澆筑混凝土或者是其他膠結材料。

4 結 語

水工建筑構筑物中混凝土結構對于整個構筑物結構的安全和防滲起著重要的作用，因此，水工混凝土的質量至關重要，如何減少和控制水利工程中混凝土裂縫的產生和擴展，如何處理水利工程中已產生的混凝土裂縫，都是亟待解決的問題，這些問題的解決，對于提高水工混凝土質量，進而保證水工建筑物的安全具有重大的意義。

［1］蘇成才．試論水利工程中鋼筋混凝土橋梁的裂縫控制［J］．科技與生活，2011(13) :5 －7.

［2］SL/T 191—96 1997 水工混凝土結構設計規范［S］．

［3］馬耀輝，李向東，熊復慧. 北部引嫩泄洪閘工程大體積混凝土溫度監控［J］. 黑龍江大學工程學報，2012，3(02) :38 －41.

［4］GB 50204—2002 混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［5］丁琳，劉洪波，付偉慶，等. 不同摻量混凝土的早期強度試驗研究及其強度預測［J］. 黑龍江大學工程學報，2011，2( 03) :138 －141.

［6］楊亞挺．水利工程混凝土裂縫防治施工技術與應用探析［J］．城市建設理論研究，2012(14) :22 －23.

［7］盛莉． 水利工程大體積混凝土裂縫的控制措施［J］． 吉林水利，2006(11) :49 －51.