水利工程中混凝土裂縫的成因與防治分析

馮園　張承祖

【摘要】混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難以解決的工程實際問題，文章分析了水利工程中混凝土裂縫的成因，提出了一些防治措施。

【關(guān)鍵詞】水利工程；混凝土裂縫；防治措施

【中圖分類號】TV544 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0258-01

水利工程中，由于混凝土的施工和本身變形、約束等一系列因素，均產(chǎn)生大量的表面裂縫和貫穿性裂縫。因為裂縫的存在和發(fā)展，破壞了水工建筑物結(jié)構(gòu)的整體性，影響了水工建筑物的結(jié)構(gòu)受力狀況與穩(wěn)定，給水工建筑物結(jié)構(gòu)的運行事帶來不確定性，而且易導(dǎo)致水工建筑物內(nèi)部與鋼筋銹蝕，降低水工建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至會引起滲透變形，危及水工建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在施工中應(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)，從而確保工程質(zhì)量。

一、裂縫形成原因分析

1、大體積混凝土水化時產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫。

2、混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至會貫穿整個構(gòu)件。

3、在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。

4、當有約束時，混凝土熱漲冷縮所產(chǎn)生的體積漲縮，因為受約束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，由于混凝土抗拉強度低，容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。由于太陽暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象。

5、泥和水所引起化學反應(yīng)引起裂縫。大體積混凝土開裂的主要原因之一，是由于混凝土在硬化過程中，水泥和水起化學反應(yīng)，產(chǎn)生大量的水化熱引起混凝土的溫度上升，如果熱量不能很快散失，內(nèi)部和外部溫差過大，就將產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部受壓，外部受拉?；炷猎谟不跗?，只有很低的抗拉強度，如果由內(nèi)外溫度差引起的拉應(yīng)力超過混凝土早期抗拉強度時，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。

6、混凝土塑性坍落發(fā)生在混凝土澆筑后的頭幾個小時內(nèi)，這時混凝土還處于塑性狀態(tài)，如果混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，在重力作用下混合料中的固體顆粒有向下沉移而水向上浮動的傾向。這種移動當受到鋼筋骨架或者模板約束時，在上部就容易形成沿鋼筋長度方向的裂縫。

7、水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)在使用荷載作用下，由于截面的混凝土拉應(yīng)變大多是大于混凝土極限拉伸值的，所以構(gòu)件在使用時總是帶縫工作的。這類裂縫總是與主拉應(yīng)力方向大致垂直，且最先在荷載效應(yīng)最大處產(chǎn)生。如果荷載效應(yīng)相同，裂縫首先在混凝土抗拉能力最薄弱處產(chǎn)生。

8、當結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能會產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進一步發(fā)展，裂縫會進一步擴大。

9、當鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，例如：侵蝕性水，由于混凝土保護層厚度有限，特別是當混凝土密實性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

二、水工混凝土裂縫的防治措施

1、預(yù)防荷載作用引起的裂縫的措施是合理的配筋。在施工過程中，選用混凝土粘結(jié)較好的變形鋼筋，控制鋼筋的應(yīng)力不過高，鋼筋的直徑不過粗，并用鋼筋不在混凝土中分布比較均勻。這樣就能較好地控制正常使用條件下裂縫寬度，不致過寬。

2、盡量選用低熱或中熱降低泥礦渣水泥、粉煤灰水泥，減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m²以下；降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下；改善骨科級配，摻加粉煤灰或高效減少水劑等來減少水泥用量，降低水化熱；改善混凝土的攪拌工藝，采用“二次風冷”新工藝降低混凝土的澆筑溫度，在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌和物的流動性、保水性，降低水熱化，推遲熱峰出現(xiàn)的時間；

3、合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束，在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通過冷水或冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)部溫差；加強混凝土溫度的監(jiān)控，及時采取冷卻保護措施；

4、加強混凝土養(yǎng)護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表現(xiàn)緩慢冷卻，在寒冷季節(jié)，混凝土兩面必須采取保溫措施，以防寒潮襲擊。

5、合理設(shè)置收縮縫，改善水泥土性能，降低水灰比，減少水泥用量，配筋率不宜過高，設(shè)置構(gòu)造鋼筋收縮裂縫健分布均勻，避免發(fā)生集中的大裂縫，加強混凝土的時期養(yǎng)護，并適應(yīng)當延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養(yǎng)護劑養(yǎng)護。

6、要仔細選擇集料的配級，做好混凝土的配合比設(shè)計，特別是要控制水灰比，采用適量的減水劑；施工時混凝土既不能漏振也不能過振，避免混凝土泌水現(xiàn)象的發(fā)生，防止模板沉陷，如果發(fā)生這類裂縫，可在混凝土終凝以前重新抹面壓光，使裂縫閉合。

7、根據(jù)地基條件及上部結(jié)構(gòu)形式，采用合理的構(gòu)造措施及設(shè)置沉降縫。

三、水工混凝土工程的常見缺陷修補

1、開槽法修補裂縫

采用環(huán)氧樹脂：10，聚硫橡膠：3，水泥：12.5，砂：28.首先用人工將曬干篩后的砂、水泥按比例配好攪拌均勻后，將環(huán)氧樹脂聚硫橡膠也按配比拌勻。然后摻入已拌好的砂、水泥當中，再用人工繼續(xù)攪拌。最后用少量的丙酮將已拌好的砂漿稀釋到適中稠度（約0.4斤丙酮就可以了）。及時將已拌好的改性環(huán)氧樹脂砂漿用橡膠桶裝到已鑿好洗凈吹干后的砼鑿槽內(nèi)進行嵌入。從砂漿開始拌和到嵌入砼縫內(nèi)，一組砂漿的整個施工過程需要30分鐘左右完成。嵌入后的砂漿養(yǎng)護即砂漿嵌入縫槽內(nèi)處理好后兩小時以內(nèi)及時用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環(huán)氧樹脂砂漿進行覆蓋，待完全初凝后，開始用水養(yǎng)護。

2.低壓注漿法修補裂縫

低壓注漿法適用于寬度為0.2mm～0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下：裂縫清理試漏配制注漿液壓力注漿—二次注漿清理表面。

當裂縫數(shù)量較多時，先要在裂縫位置上貼醫(yī)用白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來回涂刷封縫，使裂縫封閉，大約10分鐘后，揭去膠布條，露出小縫，粘貼注漿嘴用鍵包嚴。固化后周邊可能有裂口，必須反復(fù)用漿補上，以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第二天進行，若氣溫高的話，半天就可注漿。操作時先用補縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動補縫器活塞，使?jié){液通過注漿嘴壓人裂縫，當相鄰的嘴中流出漿液時，就可拔出補縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿，水平縫一般從一端到另一端逐個注漿。為了保證漿液充滿，在注漿后約半小時可以對每個注漿嘴再次補漿。

3、表面覆蓋法修補裂縫

這是一種在微細裂縫（一般寬度小于0.2mm）的表面上涂膜，以達到修補混凝土微細裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法，這種方法的缺點是修補工作無法深入到裂縫內(nèi)部，對延伸裂縫難以追蹤其變化。

表面覆蓋法所用材料視修補目的及建筑物所處環(huán)境不同而異，通常采用彈性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜（粘貼）等。施工時，首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補材料涂覆表面。

結(jié)束語

引起水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的。它的出現(xiàn)不僅會降低水利建筑物的抗?jié)B能力，影響水利建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響水利建筑物的承載能力。所以，必須對混凝土裂縫進行深入細致的調(diào)查研究，在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

參考文獻

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