淺談水利施工中的混凝土工程裂縫的危害與防治措施

孫義良

摘要：混凝土是水利工程建設(shè)中的重要材料，混凝土施工是水利工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)?；炷恋牧芽p問(wèn)題是一個(gè)普遍存在而又難以解決的工程實(shí)際問(wèn)題，是水利工程施工當(dāng)前最嚴(yán)峻的問(wèn)題之一。設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量欠佳、運(yùn)行管理不善或使用條件改變、遭受意外荷載及材料老化等，會(huì)引發(fā)貫穿性裂縫，或在混凝土內(nèi)部形成連通的蜂窩孔洞等深層缺損，或?qū)е伦冃慰p止水失效。因此在施工全過(guò)程中對(duì)混凝土加強(qiáng)質(zhì)量控制、對(duì)保證工程質(zhì)量、防患于未燃、避免不必要的時(shí)間和資金浪費(fèi)等有著重要的意義。就此，筆者對(duì)水利工程中常見(jiàn)的混凝土裂縫的成因進(jìn)行了探討分析，并有針對(duì)性地提出了一些防治措施。

關(guān)鍵字：水利工程建筑物 混凝土工程 混凝土裂縫 防治措施

引起水利工程建筑物混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，原材料如水泥、砂、碎石或卵石、水等質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，檢驗(yàn)不合格；混凝土配比不合理；非載荷作用等。裂縫的存在和發(fā)展，破壞了水利工程建筑物結(jié)構(gòu)的整體性，影響了水利工程建筑物的結(jié)構(gòu)受力狀況與穩(wěn)定，給水利工程建筑物結(jié)構(gòu)的運(yùn)行事帶來(lái)不確定性，而且易導(dǎo)致水利工程建筑物內(nèi)部與鋼筋銹蝕，降低水利工程建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至?xí)饾B透變形，危及水利工程建筑物的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由此可見(jiàn)，分析裂縫的成因，探討防治措施，對(duì)水利工程建筑物的應(yīng)用有著極其重要的意義。

一． 水利工程混凝土的危害

混凝土裂縫將使水工建筑物產(chǎn)生滲漏，滲漏的結(jié)果，一方面在壓力水作用下使裂縫逐步擴(kuò)寬和發(fā)展；另一方面當(dāng)水滲入混凝土內(nèi)部后首先會(huì)引起水解破壞，并可能由此導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞。據(jù)調(diào)查，由裂縫引起的各種不利結(jié)果中，滲漏水占60%?；炷恋牧芽p還會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用削弱，在裂縫部位，水拉性能減弱，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，形成更大的危害。

混凝土裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性具有直接的影響。會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性。輕則影響建筑物的外觀和正常使用，嚴(yán)重的貫穿性裂縫甚至可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)物的完全破壞。

二． 水利工程建筑物混凝土產(chǎn)生裂縫的成因。

引起水利工程建筑物混凝土產(chǎn)生裂縫的因素有很多，大致歸納起來(lái)有荷載作用引起的裂縫和非荷載作用引起的裂縫兩類。

1.荷載作用引起的裂縫

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(shí)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?；炷猎谟不倪^(guò)程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時(shí)產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時(shí)會(huì)很大，甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件。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?；炷翗?gòu)件在超出設(shè)計(jì)的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并向上、下延伸。

2.非荷載作用引起的裂縫

2.1溫度變化引起的裂縫

1）大體積混凝土水化時(shí)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(qiáng)度，如果由內(nèi)外溫度差引起的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就要產(chǎn)生裂縫。

2）混凝土熱脹冷縮所產(chǎn)生的體積脹縮，因?yàn)槭芗s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(qiáng)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(yáng)暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見(jiàn)的現(xiàn)象。

3）構(gòu)件硬化成型后，在使用中，如果溫度較大，構(gòu)件內(nèi)部溫度梯度就極大，也會(huì)引起構(gòu)件開(kāi)裂。

2.2變形、施工操作及其他因素引起的裂縫

1）混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí)，體積要縮小，產(chǎn)生收縮變形，當(dāng)受到約束時(shí)，就可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。在配筋率較高的構(gòu)件中，由于鋼筋對(duì)周圍混凝土的約束作用增強(qiáng)，混凝土的收縮也會(huì)受到鋼筋的限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起構(gòu)件局部裂縫。

2）結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，使超靜結(jié)構(gòu)受迫，也可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進(jìn)一步發(fā)展，裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

3）施工操作過(guò)程中，混凝土澆筑后的頭幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，這時(shí)混凝土還處于塑性狀態(tài)，容易出現(xiàn)混凝土塑性坍落。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(dòng)的傾向。這種移動(dòng)當(dāng)受到鋼筋骨架或者模板約束時(shí)，在上部就容易形成沿鋼筋長(zhǎng)度方向的裂縫。

4）當(dāng)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(hù)層厚度有限，特別是當(dāng)混凝土密實(shí)性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧離子會(huì)使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來(lái)金屬的體積大得多，鐵銹體積膨脹，對(duì)周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂產(chǎn)生順筋裂縫。順筋裂縫一旦產(chǎn)生，又進(jìn)一步促進(jìn)鋼筋銹蝕程度的增加，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，甚至鋼筋銹斷。這種順筋裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響最大。

三．混凝土裂縫的防治措施

1.選好原材料，控制原材料的質(zhì)量，優(yōu)化混凝土的配合比，減少混凝土的收縮，提高抗腐蝕能力。

1.1盡量選用低熱或中熱降低泥礦渣水泥、粉煤灰水泥；

1.2減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下；

1.3降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下；

1.4改善骨科級(jí)配，摻加粉煤灰或高效減少水劑等來(lái)減少水泥用量，降低水化熱；

1.5改善混凝土的攪拌工藝，采用“二次風(fēng)冷”新工藝降低混凝土的澆筑溫度；

1.6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(dòng)性、保水性，降低水熱化，推遲熱峰出現(xiàn)的時(shí)間；

2．合理的施工安排及施工過(guò)程的控制

2.1合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束；

2.2在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通過(guò)冷水或冷氣冷卻，減小混凝土的內(nèi)部溫差；

2.3加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控，及時(shí)采取冷卻保護(hù)措施；

2.4加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土澆筑后，及時(shí)用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋，并灑水養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)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。

2.5混凝土的養(yǎng)護(hù)和表面保護(hù)。良好的養(yǎng)護(hù)可使混凝土保持或接近飽和狀態(tài)，水化作用速度最大，也是控制混凝土裂縫發(fā)生的措施之一，一般保溫、保濕養(yǎng)護(hù)不得少于14d。

3.水利工程混凝土產(chǎn)生裂縫的修補(bǔ)方法

國(guó)內(nèi)外學(xué)者把裂縫分為死縫、活縫和增長(zhǎng)縫等3種。對(duì)于死縫可以采用剛性材料填充修補(bǔ)；對(duì)活縫則采用彈性材料修補(bǔ)；對(duì)于增長(zhǎng)縫，必須消除引發(fā)裂縫的因素。

四.結(jié)語(yǔ)

水利工程建筑構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全和防滲等主要由混凝土承擔(dān)，因此混凝土的質(zhì)量極其重要。裂縫是水利建筑物混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)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(huì)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。因此，必須對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，區(qū)別對(duì)待，在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，進(jìn)而提升水工建筑物的安全起著極為重要的作用，必須加以重視。

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