水利施工中混凝土裂縫的分析及控制

張益民

(龍巖市水利投資發(fā)展有限公司， 福建 龍巖 364000)

水利施工中混凝土裂縫的分析及控制

張益民

(龍巖市水利投資發(fā)展有限公司， 福建 龍巖 364000)

本文主要研究了水利施工中混凝土裂縫的控制措施。文章首先從混凝土裂縫種類及其危害出發(fā)，分析了混凝土裂縫防治的重要作用；其次，結(jié)合水利施工狀況，對(duì)混凝土裂縫的成因進(jìn)行研究，在該基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的混凝土裂縫控制方案，并依照水利施工需求形成針對(duì)性管控策略。文章對(duì)水利施工質(zhì)量的提升具有一定的貢獻(xiàn)性作用。

水利施工；混凝土；裂縫；成因；控制措施

1 前 言

混凝土是水利施工的重要材料，其凝結(jié)效果直接影響著水利施工質(zhì)量。受環(huán)境因素、溫度因素、操作因素等的影響，水利工程施工過(guò)程中混凝土凝結(jié)冷卻后非常容易出現(xiàn)裂縫，造成水利工程防水效果大打折扣，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)水利工程質(zhì)量及使用壽命造成威脅。分析水利施工中混凝土裂縫的形成原因，在該基礎(chǔ)上實(shí)施針對(duì)性控制，已成為水利施工的重中之重。

2 混凝土裂縫防治的必要性

混凝土裂縫在當(dāng)前水利工程中屢見(jiàn)不鮮，是影響水利施工質(zhì)量的主要因素。當(dāng)前混凝土裂縫主要包括溫度裂縫、干縮裂縫、塑性裂縫等。

溫度裂縫主要包括“外約束”裂縫和“內(nèi)約束”裂縫兩大類。“外約束”裂縫主要指混凝土結(jié)構(gòu)受到物體阻礙和牽制作用形成的裂縫；“內(nèi)約束”裂縫主要指由混凝土內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間的相互約束形成的裂縫。其中“外約束”裂縫對(duì)水利工程結(jié)構(gòu)的損害較大，很容易引起水利工程滲漏、坍塌。

干縮裂縫往往發(fā)生在水利工程中的墻板位置，一般呈現(xiàn)不規(guī)則放射狀或龜裂狀，裂縫深淺不一，多成片出現(xiàn)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損害較為嚴(yán)重，其具體狀況見(jiàn)下圖。除此之外，干縮裂縫還往往出現(xiàn)在框架、梁柱、埋管等區(qū)域，裂縫一般與其約束應(yīng)力方向一致。

墻面干縮裂縫形狀圖

塑性裂縫主要由塌落、收縮導(dǎo)致?；炷聊Y(jié)的過(guò)程中受外力擠壓，其內(nèi)部應(yīng)力逐漸發(fā)生變化導(dǎo)致沉降產(chǎn)生。在出現(xiàn)沉降后混凝土結(jié)構(gòu)一般順著應(yīng)力方向產(chǎn)生塑性裂縫。除此之外，當(dāng)混凝土處理操作不當(dāng)時(shí)會(huì)直接造成混凝土收縮效果受到影響，使其產(chǎn)生塑性裂縫。這種裂縫一般寬度在0.5～2mm左右，多在水利工程結(jié)構(gòu)表面，對(duì)整體結(jié)構(gòu)危害相對(duì)較輕。

許多水利工程都因混凝土裂縫出現(xiàn)了不同程度的滲漏、坍塌等問(wèn)題，在很大程度上影響了工程質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致人員傷亡，給水利工程帶來(lái)了無(wú)法挽回的損失。部分裂縫雖然沒(méi)有對(duì)水利工程造成直接影響，但其導(dǎo)致水利工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，一旦遭受地震、洪水等侵襲，水利工程根本無(wú)法達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效益。為此，在水利工程施工過(guò)程中需要對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行全面把握，分析水利工程中導(dǎo)致混凝土裂縫的誘因，追其究竟，對(duì)癥下藥，從而降低混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性。除此之外，還要做好混凝土裂縫控制，依照施工規(guī)范及施工要求實(shí)施相應(yīng)裂縫處理，最大限度降低混凝土裂縫對(duì)工程質(zhì)量的影響。

3 水利施工中混凝土裂縫成因

3.1 溫度因素

溫度是導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生的重要因素。水利施工時(shí)混凝土初凝的過(guò)程中當(dāng)溫度驟然變化時(shí)或溫度差異較大時(shí)混凝土的凝結(jié)效果將出現(xiàn)非常大的差異，導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生。正常溫度下混凝土凝結(jié)的過(guò)程中表面拉應(yīng)力與內(nèi)部拉應(yīng)力幾乎相同，此時(shí)混凝土正常凝結(jié)；溫度差異過(guò)大時(shí)混凝土凝結(jié)的過(guò)程中表面拉應(yīng)力與內(nèi)部拉應(yīng)力明顯不同，混凝土“外松內(nèi)緊”或“外緊內(nèi)松”。當(dāng)超過(guò)混凝土抗裂范圍時(shí)，混凝土出現(xiàn)裂縫。由溫度導(dǎo)致的混凝土裂縫往往呈現(xiàn)出“兩段重，中間輕”“向陽(yáng)重、背陰輕”的特性，即溫度高的區(qū)域一般裂縫出現(xiàn)的可能性較大且裂縫程度較大。

3.2 材料因素

混凝土施工的過(guò)程中對(duì)材料的要求非常嚴(yán)格，一旦出現(xiàn)材料質(zhì)量問(wèn)題、材料配比問(wèn)題等均可能導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，對(duì)水利工程質(zhì)量造成威脅。尤其是在混凝土材料配比過(guò)程中水泥沙含量較高、水灰比較大、外加劑添加時(shí)間不合理、外加劑添加量不恰當(dāng)?shù)染鶗?huì)造成混凝土凝結(jié)效果受到影響，使其凝結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)裂縫。材料不當(dāng)或材料配比不當(dāng)會(huì)直接造成混凝土凝結(jié)過(guò)程中的收縮程度出現(xiàn)差異，如泥沙量較高時(shí)混凝土收縮程度加大、石灰用量增多時(shí)混凝土收縮量加大、礦渣硅酸鹽作為外加添加劑時(shí)混凝土收縮明顯提升等。當(dāng)混凝土收縮量增加時(shí)表面和內(nèi)部拉應(yīng)力出現(xiàn)明顯差異，此時(shí)混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性加大。

3.3 地質(zhì)因素

水利工程施工過(guò)程中對(duì)地質(zhì)條件要求較高，地質(zhì)條件直接影響著水利工程質(zhì)量，稍有不慎將會(huì)給水利工程帶來(lái)嚴(yán)重的損害。就混凝土裂縫而言，在地下水豐富區(qū)域、軟土層區(qū)域、儲(chǔ)水層區(qū)域進(jìn)行大型工程施工時(shí)，如果地基處理不當(dāng)就會(huì)產(chǎn)生沉降，造成混凝土裂受力不均勻，出現(xiàn)大面積裂縫。這種裂縫對(duì)水利工程結(jié)構(gòu)影響非常嚴(yán)重，需全面重視。

3.4 人員因素

近年來(lái)由人員操作不當(dāng)或管理不當(dāng)引起的水利施工混凝土裂縫問(wèn)題層出不窮，已經(jīng)成為水利工程施工過(guò)程中首要解決的問(wèn)題。如果在混凝土施工過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格依照施工流程完成混凝土的處理及施工，造成混凝土收縮效果受到影響。尤其是大體積混凝土凝結(jié)工程，施工不規(guī)范直接導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)受到影響，很容易使大體積混凝土龜裂。如果在管理工作開(kāi)展的過(guò)程中并未做好混凝土施工的管控，對(duì)混凝土施工過(guò)程中的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)，會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)龜裂。如果缺乏針對(duì)性保護(hù)裝置和養(yǎng)護(hù)體系，沒(méi)有對(duì)混凝土凝結(jié)過(guò)程中的溫度、濕度、壓強(qiáng)等進(jìn)行控制，這可能直接導(dǎo)致混凝土的抗壓能力降低，使其產(chǎn)生收縮裂縫、溫度裂縫等。

4 水利施工中混凝土裂縫的控制措施

4.1 做好施工設(shè)計(jì)，規(guī)范施工流程

水利施工的過(guò)程中要依照施工要求及規(guī)范對(duì)混凝土施工進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上形成科學(xué)的混凝土施工流程，使其能夠嚴(yán)格依照規(guī)定順利施工。上述設(shè)計(jì)時(shí)人員要把握好混凝土施工各個(gè)重點(diǎn)，對(duì)容易產(chǎn)生裂縫的區(qū)域和部位進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制手段對(duì)其裂縫進(jìn)行預(yù)防和處理，從根本上降低水利施工中混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性。除此之外，還要做好混凝土配筋加固設(shè)計(jì)，依照工程狀況對(duì)施工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定配筋加固時(shí)的各項(xiàng)操作規(guī)程，最大限度降低配筋對(duì)混凝土拉應(yīng)力的影響，減小配筋加固過(guò)程中可能出現(xiàn)的混凝土結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

4.2 依照施工規(guī)范，科學(xué)設(shè)置配比

混凝土施工的過(guò)程中對(duì)材料配比及材料質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。為了避免混凝土裂縫的產(chǎn)生，在材料選擇方面，要選用優(yōu)質(zhì)混凝土原料，即所選用的水泥、砂石等均需達(dá)到國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所要求的質(zhì)量等級(jí)。在混凝土配比的過(guò)程中，需嚴(yán)格依照規(guī)范確定水灰比。當(dāng)骨料收縮性較大時(shí)可以適當(dāng)增大水灰比，從而保證混凝土的凝結(jié)效果；而在外加劑選擇的過(guò)程中要盡量選取粉煤灰一類的活性混合材料，這樣能夠有效提升混凝土凝結(jié)過(guò)程中的水化熱溫度，縮小混凝土的內(nèi)外溫差，大大降低了裂縫產(chǎn)生的可能性。必要時(shí)還可以在混凝土配置過(guò)程中加入一定的鋼筋，通過(guò)鋼筋提升混凝土的拉應(yīng)力，使其內(nèi)外拉應(yīng)力平衡，從而避免裂縫的產(chǎn)生。

4.3 定期進(jìn)行檢查，做好實(shí)時(shí)管控

水利工程施工過(guò)程中需要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行定期檢查，在混凝土凝結(jié)后觀察是否存在深層裂縫、貫穿裂縫及表面裂縫。一旦發(fā)現(xiàn)上述混凝土裂縫需依照具體狀況進(jìn)行相應(yīng)處理，如深層裂縫、貫穿裂縫可利用限裂鋼筋鑿除后重新澆筑鋪設(shè)，表面裂縫可直接澆筑找平；要對(duì)混凝土凝結(jié)過(guò)程進(jìn)行管控，依照混凝土凝結(jié)狀況實(shí)施相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)。一般而言，混凝土凝結(jié)初期內(nèi)部拉應(yīng)力較小，此時(shí)可以適當(dāng)增加內(nèi)部溫度或濕度提升其拉應(yīng)力，使其內(nèi)部和表面拉應(yīng)力保持一致。該過(guò)程可以直接采取塑料覆蓋、定時(shí)灑水等方法，養(yǎng)護(hù)操作較為簡(jiǎn)單。與此同時(shí)，還要對(duì)不同的裂縫形成相應(yīng)的控制內(nèi)容，其具體包括：

a.溫度裂縫控制。依照水利施工中混凝土的環(huán)境狀況、溫度狀況等設(shè)置相應(yīng)的保溫裝置或?qū)嵫b置；在容易出現(xiàn)裂縫的區(qū)域設(shè)置強(qiáng)筋保護(hù)裝置，減小混凝土內(nèi)部和表面拉應(yīng)力差值；盡量使溫度恒定在常規(guī)范圍內(nèi)且避免使用易膨脹性材料，必要時(shí)可以預(yù)留變形縫，以減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。

b.干縮裂縫控制。依照施工要求對(duì)混凝土材料配比進(jìn)行嚴(yán)格把握；澆注完成后定時(shí)灑水保濕，使混凝土凝結(jié)過(guò)程中濕度處于合適范圍內(nèi)，保證內(nèi)部及表面拉應(yīng)力平衡；要依照要求進(jìn)行填埋、壓實(shí)，成型前要對(duì)混凝土進(jìn)行二次抹壓；使用薄膜、塑料等進(jìn)行覆蓋，避免出現(xiàn)混凝土裂縫。

c.塑性裂縫控制。該混凝土裂縫控制的過(guò)程中需要做好澆筑過(guò)程中的振搗，使混凝土壓實(shí)；要在混凝土凝結(jié)前進(jìn)行二次抹壓。

4.4 實(shí)施相應(yīng)修補(bǔ)，進(jìn)行針對(duì)處理

水利施工過(guò)程中出現(xiàn)混凝土裂縫后人員要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，合理運(yùn)用表面覆蓋法、充填法、注入法等對(duì)裂縫進(jìn)行處理，最大限度降低混凝土裂縫對(duì)水利工程結(jié)構(gòu)的影響。

表面覆蓋法處理的過(guò)程中主要針對(duì)淺層裂縫。該處理方法運(yùn)用時(shí)只需要對(duì)混凝土裂縫表面進(jìn)行打磨，使用樹(shù)脂對(duì)打磨后的裂縫進(jìn)行填充并覆蓋特制薄膜即可；充填法主要處理深度在0.5mm左右的混凝土裂縫。該方法運(yùn)用的過(guò)程中需要先借助工具開(kāi)鑿混凝土裂縫，使其形成“V”形或者“U”形槽，槽寬一般在10cm左右。處理完成后運(yùn)用混凝土或封閉材料將開(kāi)鑿的槽填滿即可；注入法主要處理細(xì)長(zhǎng)型裂縫。該方法運(yùn)用的過(guò)程中直接借助真空泵對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行處理，使其內(nèi)部形成真空的環(huán)境。然后再對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行灌漿，將混凝土灌漿料或彈性聚氨醋灌漿料等注入到裂縫中，對(duì)裂縫進(jìn)行填充。

5 結(jié) 語(yǔ)

混凝土裂縫很容易造成水利工程泄漏、坍塌等故障，嚴(yán)重影響了水利工程的安全效益及經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。施工中在對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行控制時(shí)，需要依照混凝土裂縫狀況及其誘因做好混凝土施工設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上形成相應(yīng)的預(yù)防措施、管理措施、養(yǎng)護(hù)措施及修補(bǔ)措施，做到事前預(yù)防、事中控制、事后補(bǔ)救，從根本上提升水利工程混凝土施工效果。

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Analysis and Control of Concrete Cracks in Water Conservancy Construction

ZHANG Yimin

(LongyanWaterConservancyInvestmentDevelopmentCo.,Ltd.,Longyan364000,China)

This paper mainly studies the control measures for concrete cracks in the water conservancy construction. This paper firstly analyzes the important roles of prevention and treatment of concrete cracks from the type and harms; secondly, combined with the water conservancy construction state, the causes of concrete cracks are studied, on this basis, the corresponding concrete cracks control scheme is designed, and the pertinence management and control plan is formulated according to the needs of water conservancy construction. The paper has certain contribution to the promotion of quality of water conservancy construction.

water conservancy construction; concrete; crack; cause; control measures.

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.004

TV523

A

1673-8241(2017)01- 0010- 04