淺談水利工程混凝土裂縫原因與對(duì)策

楊曉波

（黑龍江省水利第二工程處，黑龍江 阿城 150302）

水工混凝土是用于水電水利工程的擋水、發(fā)電、泄洪、輸水、排沙等建筑物，密度為2400kg/M3左右的水泥基混凝土。經(jīng)?；蛑芷谛缘厥墉h(huán)境水作用的水工構(gòu)筑物所用的混凝土。根據(jù)構(gòu)筑物的大小，可分為大體積混凝土（如大壩混凝土）和一般混凝土。大體積混凝土又分為內(nèi)部混凝土和外部混凝土。水工混凝土常用于水上、水下和水位變動(dòng)區(qū)等部位。中國(guó)近30年來建成的大、中型混凝土閘、壩達(dá)數(shù)百座，其中有的混凝土用量多達(dá)1000萬立方以上，如長(zhǎng)江的葛洲壩工程和臺(tái)灣省的德基大壩 (壩高達(dá)180米)除此以外，河港、農(nóng)田水利及地下防水工程中也都大量應(yīng)用。眾所周知，混凝土是一種非均勻質(zhì)的脆性材料，在硬化過程中，由于材料自身原因、溫度變化、施工等因素存在著一些細(xì)小裂縫，由此可見，混凝土構(gòu)件一般是帶縫工作的，裂縫問題混凝土不可避免損傷。因此，在水工混凝土設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視裂縫，分析水工混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，再從設(shè)計(jì)、施工上采取相應(yīng)的措施，避免有害裂縫的出現(xiàn)，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性?；炷亮芽p處理，是指采取科學(xué)的方法對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)。混凝土裂縫一般有三種狀態(tài)：靜止裂縫，活動(dòng)裂縫，正在發(fā)展的裂縫。混凝土裂縫處理方法的選擇一般要考慮的因素：判斷裂縫是活動(dòng)的還是靜止的，減少過多的滲漏，加固處理。

1 水工混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

在荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不夠而出現(xiàn)的裂縫稱為荷載裂縫。這類裂縫主要是由于混凝土早期抗拉強(qiáng)度和彈性模量低，在外部荷載的作用下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，從而出現(xiàn)裂縫。

1.1 收縮裂縫

干縮裂縫沒有規(guī)律。由于水工混凝土內(nèi)外水分蒸，由于表面水分散發(fā)過快造成混凝土產(chǎn)生不均積收縮而出現(xiàn)干縮裂縫。在凝土施工成型中，粗骨料沉落擠出水分造成混凝土表面產(chǎn)生較大的干縮，易形成塑性收縮裂縫。

1.2 沉降裂縫

混凝土過早拆模，或者提前增加荷載等，都可直接引起混凝土變形，使水工混凝土產(chǎn)生內(nèi)傷和斷裂。在施工中，不注意保護(hù)鋼筋，造成板面負(fù)筋被踩彎，這樣都可以引起支座的負(fù)彎矩，出現(xiàn)裂縫。再者，由于地基土質(zhì)不均勻、或者因模板剛度不夠，支撐間距過大或支撐不穩(wěn)導(dǎo)致沉降裂縫。

1.3 施工裂縫

施工產(chǎn)生的裂縫，原因較多，直接影響水工混凝土的強(qiáng)度，在現(xiàn)場(chǎng)澆搗過程中，由于振搗不當(dāng)，時(shí)間過長(zhǎng)或不足；對(duì)于大體積混凝土澆注時(shí)，對(duì)水化熱計(jì)算不準(zhǔn)；施工縫或后澆帶留設(shè)位置不當(dāng)；現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位等都會(huì)引起施工裂縫。

2 裂縫處理方法

2.1 表面修補(bǔ)法

表面修補(bǔ)法是目前一種簡(jiǎn)單和常見的修補(bǔ)水工混凝土的方法，該方法主要用在穩(wěn)定以及對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力沒有影響的表面裂縫和深進(jìn)裂縫的處理。該方法是在水工混凝土裂縫的表面涂一層水泥漿或在水工混凝土表面上涂刷一層油漆或者是瀝青等防腐材料，還可以在水工混凝土裂縫的表面通過粘貼玻璃纖維布來保護(hù)。

2.2 封堵法

常用的封堵法為灌漿法和嵌縫法。其中，灌漿法主要用在對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響，或防滲規(guī)定水工混凝土裂縫的修補(bǔ)。用壓力設(shè)備把膠結(jié)材料用力壓入混凝土的裂縫中，使膠結(jié)材料發(fā)生硬化后能和混凝土形成一個(gè)整體起到封堵加固作用。嵌縫法槽中嵌填塑性，或者剛性止水材料。

2.3 結(jié)構(gòu)加固法

水工混凝土中的裂縫影響到結(jié)構(gòu)的使用性能時(shí)，就就應(yīng)該考慮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。主要利用的原理是：加大結(jié)構(gòu)的截面面積法，構(gòu)件外包型鋼法，預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、粘貼鋼板加固法和噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固法。

2.4 置換法

置換法是處理水工混凝土嚴(yán)重?fù)p壞一種方法，置換法首先將已發(fā)生損壞的水工混凝土，接著置換入其它材料或者是新的混凝土。

2.5 電化學(xué)防護(hù)法

電化學(xué)防護(hù)法是利用電化學(xué)原理，改變水工混凝土所處的環(huán)境狀態(tài)，使混凝土中的鋼筋鈍化，達(dá)到防腐目的。常見的電化學(xué)防護(hù)方法有：陰極防護(hù)法、堿性復(fù)原法、氯鹽提取法等。電化學(xué)防護(hù)方法適用鋼筋、混凝土防腐，還可以用于已裂混凝土結(jié)構(gòu)的新建結(jié)構(gòu)。

2.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法，是模仿自然界中生物組織在受創(chuàng)傷時(shí)，受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌出特定物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位愈合。在混凝土中，加入某些物質(zhì)可以在水工混凝土內(nèi)部形成仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3 混凝土裂縫預(yù)防措施

為了保證水工混凝土工程的質(zhì)量，針對(duì)上述容易產(chǎn)生的裂縫的原因提出以下防止措施：

3.1 材料方面

施工時(shí)采用中熱或低熱水泥，還要減小水泥的細(xì)度和水泥用量。選擇粗骨料，選用粒徑較大、級(jí)配良好質(zhì)量?jī)?yōu)良的石子。不但可以減少混凝土中的用水量，還可以水泥用量，減緩混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。選擇細(xì)骨料時(shí)，用中粗砂，控制含泥量，對(duì)混凝土裂縫的控制有重要作用。最后，還可以適當(dāng)摻加粉煤灰，從而達(dá)到降低水化熱的目的；摻入適量的減水劑，可有效地增加混凝土的流動(dòng)性，且能提高水泥水化率，增加混凝土的強(qiáng)度，同時(shí)可明顯延緩水化熱釋放速度。

3.2 混凝土配合比、配料、攪拌及澆注方面

混凝土在配合比時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該測(cè)定砂石的含水率，進(jìn)行施工配合比調(diào)整。在攪拌過程中，應(yīng)該準(zhǔn)確稱量原材料，攪拌時(shí)間符合規(guī)范，嚴(yán)格控制坍落度?；炷恋姆謱訚沧?yīng)合理，振搗應(yīng)均勻、適度，不得隨意留置施工縫。澆筑過程中，要控制澆注過程質(zhì)量，同時(shí)要保證上層混凝土在下層初凝前結(jié)合緊密，盡量避開高溫時(shí)段澆注。

3.3 設(shè)計(jì)方面

混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）"的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。（1）設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中。如因結(jié)構(gòu)或造型方面原因等而不得已時(shí)，應(yīng)考慮采用加強(qiáng)措施。（2）要解決由收縮而產(chǎn)生的裂縫，可在混凝土中摻用膨脹劑來補(bǔ)償混凝土的收縮。（3）建筑平面造型在滿足使用要求的前提下力求簡(jiǎn)單。（4）正確設(shè)置變形縫的位置，縫的寬度選擇要適當(dāng)，構(gòu)造要合理。（5）構(gòu)件配筋要合理，位置要準(zhǔn)確，間距要適當(dāng)，全截面配筋率應(yīng)在0.3-0.5%之間。

3.4 施工方面

控制施工速度，在混凝土強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度30%前不進(jìn)行操作，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能承受荷載，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。應(yīng)做好大體積混凝土施工溫度測(cè)控工作，保證構(gòu)件內(nèi)外溫差不超過25℃，鋼筋綁扎位置要正確，為了防止預(yù)埋管線處出現(xiàn)裂縫，應(yīng)在管線集中處增設(shè)垂直于管線的鋼筋網(wǎng)片，針對(duì)不同性能的混凝土其養(yǎng)護(hù)時(shí)間嚴(yán)格控制，干燥和陰雨天氣應(yīng)適當(dāng)增減澆水次數(shù)；注重拆模的順序，拆除模板支撐應(yīng)從跨中開始。

結(jié)論

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，可通過合理選擇工程材料，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行期間進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧芽p控制，盡可能降低裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響，最終達(dá)到保證混凝土結(jié)構(gòu)安全性，良好的服役性能，為人類造福。

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