水利工程施工混凝土裂縫防治技術(shù)芻議

馮是明，鄒福華

( 江西省水利水電建設(shè)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(jié)構(gòu)作為水利工程中重要的組成部分，對(duì)于整個(gè)水利工程的質(zhì)量控制起著至關(guān)重要的作用。而水利工程作為一項(xiàng)民生工程，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)也起著重要的作用，故混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制是整個(gè)施工控制中的重要環(huán)節(jié)。水利工程混凝土結(jié)構(gòu)需要長(zhǎng)期承受各種荷載的作用，不可避免的會(huì)產(chǎn)生裂縫、破損等情況。而混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的存在和發(fā)展，破壞了水工建筑結(jié)構(gòu)的整體性，導(dǎo)致水工建筑物內(nèi)部鋼筋銹蝕，從而降低該結(jié)構(gòu)物的耐久性，并影響該結(jié)構(gòu)物的正常使用，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)：θ嗣竦纳?cái)產(chǎn)，故應(yīng)采取必要的防治措施，將混凝土裂縫帶來(lái)的影響減小到最少。

1 水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因及分類

混凝土裂縫是水利工程結(jié)構(gòu)物最常見的病害之一，對(duì)水工結(jié)構(gòu)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(jù)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(chǎn)生主要是由于在混凝土配制過(guò)程中，配合比設(shè)計(jì)不合理，粗細(xì)骨料級(jí)配差，或者是用水量過(guò)大，構(gòu)件厚度大并且振搗不均勻。因?yàn)樯鲜鲈蚴够炷w凝結(jié)過(guò)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(guò)程中被鋼筋阻隔從而產(chǎn)生不均勻下沉，并最終使被阻隔部位出現(xiàn)裂縫。同時(shí)，水泥漿在上浮過(guò)程中，導(dǎo)致混凝土的收縮率增大，最終導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。這些裂縫一般產(chǎn)生在混凝土初凝后、終凝前，沉縮量一般為構(gòu)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(shí)常常因?yàn)楦煽s引起體積變形，這種變形在受到約束時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫稱之為收縮裂縫，該裂縫的寬度有時(shí)會(huì)很大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件。故在配筋率較高的構(gòu)件中，常常容易引起構(gòu)件局部裂縫。另外新老混凝土的界面也容易產(chǎn)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(fā)生在混凝土澆筑后的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，在這段時(shí)間內(nèi)，混凝土還處于塑性狀態(tài)，當(dāng)混凝土出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時(shí)，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(dòng)的傾向。這種移動(dòng)在受到鋼筋骨架或者模板約束時(shí)，就容易在上部形成沿鋼筋長(zhǎng)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(guò)程中，由于水化會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，這些水化熱如果不能及時(shí)散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度就會(huì)很快上升，使混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生形變，而混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉強(qiáng)度，故當(dāng)混凝土的形變超過(guò)極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。另外鋼筋混凝士在受到外部因素影響比如陽(yáng)光照射，大氣溫度變化等時(shí)冷熱變化較大的時(shí)候，也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生溫度應(yīng)力而發(fā)生形變，一旦這種形變達(dá)到極限就會(huì)馬上產(chǎn)生裂縫。此外，混凝土在冬季施工或者蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí)，如防護(hù)措施不當(dāng)，驟冷驟熱，也會(huì)因?yàn)閮?nèi)外溫度不均而產(chǎn)生溫度裂縫［2－3］。

1．2．2 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生主要是由于工程結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)較差，比如土質(zhì)不均勻或者土質(zhì)松軟，以及在回填土?xí)r沒(méi)有壓實(shí)，或是施工過(guò)程中浸水等原因，而使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降而產(chǎn)生的。其次，在模板剛度不足，模板支撐的間距過(guò)大或者支撐底部松動(dòng)的情況下，也會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉陷裂縫，特別是在冬季，模板是支撐在凍土上的，當(dāng)凍土凍化后更容易產(chǎn)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(guān)，一般與地面垂直或呈30° ～45°方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫常有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度大部分情況下與沉陷量成正比關(guān)系，裂縫寬度受溫度變化的影響較小，地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定［4－5］。

1．2．3 不利環(huán)境下鋼筋銹蝕導(dǎo)致的裂縫

水利工程中的鋼筋混凝土常常處于不利環(huán)境中，當(dāng)混凝土密實(shí)性不夠加之保護(hù)層厚度不足時(shí)，一旦環(huán)境中有氯化物浸入，氯化物中游離出來(lái)的氯離子就會(huì)與溶于水中的氧離子發(fā)生反應(yīng)，并進(jìn)一步與鋼筋混凝土中的鋼筋發(fā)生反應(yīng)生成氧化鐵，從而使鋼筋生銹。因?yàn)樾庐a(chǎn)生的氧化鐵的體積比原來(lái)鋼鐵的體積要大得多，這時(shí)就會(huì)在混凝土內(nèi)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，從而擠壓周邊的混凝土，并最終產(chǎn)生裂縫。

2 水利工程施工中混凝土裂縫的防護(hù)措施

2．1 優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，采用適當(dāng)?shù)脑牧?/h3>

針對(duì)混凝土自身因素產(chǎn)生的裂縫，可以考慮優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，采用級(jí)配較好的骨料，將水灰比和水泥用量控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)( 表1) ，適當(dāng)?shù)奶砑臃勖夯腋纳苹炷恋暮鸵仔?，增加一定量的減水劑，保證泵送流動(dòng)度，降低溫升，減少收縮。

使用適當(dāng)?shù)脑牧?，盡量使用低熱的水泥和粉煤灰，改善骨料級(jí)配，將砂料細(xì)度模數(shù)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(zhì)量可以有效減少混凝土產(chǎn)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(yīng)進(jìn)行原材料試拌，及時(shí)調(diào)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(fēng)的天氣施工，若需要在上述條件下施工，一定要采取相應(yīng)的遮擋或保溫措施。

2．3 混凝土施工過(guò)程控制

在施工過(guò)程中，針對(duì)混凝土有可能產(chǎn)生的各種不同裂縫，可以采取不同的方法進(jìn)行預(yù)防。對(duì)于收縮裂縫，可以通過(guò)二次振搗來(lái)消除，經(jīng)二次振搗過(guò)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(duì)于塑性收縮裂縫，可以進(jìn)行二次壓光的工藝，因?yàn)樗苄允湛s裂縫的產(chǎn)生是由混凝土表面水分散失引起的，故可先用機(jī)械抹光機(jī)進(jìn)行大面積高強(qiáng)度的提漿抹光，然后用機(jī)械收光機(jī)進(jìn)行收光，最后在混凝土終凝前再進(jìn)行二次人工抹壓收光。

2．4 其他措施

結(jié)合混凝土裂縫產(chǎn)生的其他因素，還可以考慮采取以下措施達(dá)到消除裂縫的目的:

1) 對(duì)于容易產(chǎn)生沉陷裂縫的松軟土填土地基，在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固，應(yīng)將模板支撐牢固，并使地基受力均勻，保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度。

2) 拆模時(shí)間不能過(guò)早，并應(yīng)注意拆模的次序。

3) 應(yīng)在混凝土早期進(jìn)行良好的養(yǎng)護(hù)和表面保護(hù)。

3 水利工程混凝土已有裂縫的修補(bǔ)措施

水利工程混凝土裂縫修補(bǔ)既要恢復(fù)水工混凝土的防水性和耐久性，又要考慮結(jié)構(gòu)的安全性及美觀性。鑒于上述原則，當(dāng)前水工混凝土的修補(bǔ)方法主要有以下幾種［6－7］。

3．1 表面修補(bǔ)法

表面修補(bǔ)法是最常見的也是最簡(jiǎn)單的一種修補(bǔ)方法，主要是用于對(duì)結(jié)構(gòu)承載力沒(méi)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(huán)氧膠泥;②全部涂覆。即在整個(gè)混凝土表面涂刷油漆或者瀝青等防腐材料。同時(shí)為了防止混凝體在各種作用的影響下繼續(xù)開裂，在實(shí)際施工中，通常會(huì)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(duì)整體結(jié)構(gòu)有一定影響或者有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)。該方法主要是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料注入混凝土裂縫中，包括壓力注入法和真空吸入法。對(duì)于細(xì)而深的裂縫，通常沿裂縫處鑿槽，然后在槽中加入水泥漿、環(huán)氧樹脂、聚合物水泥漿等膠結(jié)材料，以達(dá)到封閉裂縫的目的。當(dāng)需要修補(bǔ)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋已經(jīng)生銹時(shí)，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(jié)材料。

3．3 結(jié)構(gòu)加固法

當(dāng)混凝土裂縫影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的性能時(shí)，就不能簡(jiǎn)單地修補(bǔ)裂縫，而應(yīng)考慮對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。最近常用的碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)就是一種較好的方法，這種方法是利用高強(qiáng)高彈性模量的連續(xù)碳纖維用環(huán)氧樹脂浸漬之后形成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合片材，然后將該片材用專用的環(huán)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(jié)構(gòu)成為一體，從而降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的效果。

3．4 混凝土置換法

當(dāng)混凝土裂縫過(guò)大，受到嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)，通?？紤]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(jié)材料。

4 結(jié) 語(yǔ)

水工建筑構(gòu)筑物中混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的安全和防滲起著重要的作用，因此，水工混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要，如何減少和控制水利工程中混凝土裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，如何處理水利工程中已產(chǎn)生的混凝土裂縫，都是亟待解決的問(wèn)題，這些問(wèn)題的解決，對(duì)于提高水工混凝土質(zhì)量，進(jìn)而保證水工建筑物的安全具有重大的意義。

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