溢洪道混凝土裂縫預(yù)防及處理

馬仲義

（太谷縣郭堡水庫(kù)管理處，山西 太谷 030800）

0 引言

郭堡水庫(kù)建于小西溝、佛峪溝和象峪河交匯處，屬黃河流域汾河水系，位于太谷縣范村鎮(zhèn)王公村。建于1958年，2015年10月完成對(duì)溢洪道的改造工程。2017年對(duì)水庫(kù)126.3 m的溢洪道進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在邊坡和底板處有不同程度的裂縫，呈現(xiàn)出蜂窩狀麻面。有23處具有影響的裂縫，裂縫總長(zhǎng)55 m，其中裂縫寬度在0.2～0.4mm的約20m，其余的裂縫寬度≤0.2mm?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫，會(huì)導(dǎo)致渠道板面抗?jié)B能力減弱，外觀形象被損，碳化后混凝土的耐久性受到極大影響，承載能力降低。

1 裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫主要是出現(xiàn)在澆筑混凝土后硬化過(guò)程中，內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)外溫差，內(nèi)外漲縮不一致導(dǎo)致裂縫。因?yàn)榛炷猎跐仓r(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的表面水分受到外部條件的影響損失過(guò)快，產(chǎn)生的變形大，而混凝土內(nèi)部由于受到外界的環(huán)境影響小，水分蒸發(fā)慢，產(chǎn)生的變形小，因此混凝土表面發(fā)生干縮變形，在拉應(yīng)力的影響下出現(xiàn)了裂縫。影響混凝土干縮裂縫產(chǎn)生的因素，有混凝土水灰比、拌和成份、水泥用量、集料比例和外加劑等等。

1.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫主要出現(xiàn)在混凝土即將凝結(jié)期，由于外界環(huán)境的變化，使得表面水分損失過(guò)快而產(chǎn)生，尤其是在外界環(huán)境較熱和大風(fēng)環(huán)境下。因?yàn)榛炷吝€沒(méi)有凝結(jié)的時(shí)候，強(qiáng)度較小，或者剛剛凝結(jié)而強(qiáng)度較弱，在高熱或者大風(fēng)環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)表面水分損失過(guò)快，毛細(xì)管產(chǎn)生的負(fù)壓導(dǎo)致混凝土表面壓力收縮，混凝土不具有抵抗這種收縮的能力產(chǎn)生裂縫，墻面上的裂縫一般為塑性收縮裂縫。影響混凝土塑性收縮開(kāi)裂產(chǎn)生的因素，水泥的品種不同、水泥的用量、水泥的成份、水泥比例、添加的外加劑、澆筑后的養(yǎng)護(hù)方式、振搗方法以及外界環(huán)境中的溫度、風(fēng)速、濕度等。

1.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫主要原因，地基土質(zhì)不均勻、土質(zhì)松軟、地基回填土不結(jié)實(shí)、地基周?chē)艿剿那治g；或者在澆筑混凝土以后，對(duì)結(jié)構(gòu)所處地基進(jìn)行超挖，不考慮沉降量范圍，使得混凝土澆筑厚度不均勻，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的抗拉能力不能抵抗產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉陷裂縫，直到地基不產(chǎn)生變形為止。

1.4 溫度裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度變化，導(dǎo)致產(chǎn)生溫度裂縫，區(qū)別于其它裂縫，主要產(chǎn)生的因素是溫度的變化。溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面，或溫度變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土澆筑后，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，再加上施工季節(jié)處于夏季高溫氣節(jié)，如果施工的高溫天氣在三十八度左右，此時(shí)澆筑混凝土?xí)沟帽砻鏈囟壬?，表面水分損失迅速，內(nèi)外溫度差距較大；或者外部環(huán)境急劇變化，使得混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度降低過(guò)快，從而混凝土表面收縮，由于內(nèi)部和外部混凝土的約束，拉應(yīng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致裂縫。溫度變化因素有外部環(huán)境的溫度變化、混凝土的養(yǎng)護(hù)、混凝土材料與環(huán)境溫差等等。

1.5 骨料導(dǎo)致的混凝土裂縫

在混凝土中加入堿骨料后，堿性離子和加入混凝土的其他活性骨料發(fā)生反應(yīng)，在水的作用下，體積不斷增大，導(dǎo)致混凝土不夠密實(shí)且出現(xiàn)開(kāi)裂；砂礫過(guò)細(xì)，級(jí)配低，干縮性裂縫很容易產(chǎn)生；混凝土材料中含泥量比例大，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大大降低，抗?jié)B能力低，從而產(chǎn)生裂縫。

1.6 凝縮裂縫

凝縮裂縫，是由于混凝土澆筑后過(guò)度抹平表面，水泥和細(xì)骨料過(guò)多的聚集到表面形成砂漿層導(dǎo)致裂縫。此外，混凝土塊表面的灰漿超出一定要求比例，也可能導(dǎo)致此種裂縫產(chǎn)生。

2 預(yù)防混凝土裂縫措施

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣，既有原材料的配合比，也有澆筑混凝土?xí)r的外界條件，還有施工過(guò)程的其他因素，可以通過(guò)加強(qiáng)預(yù)防措施，避免裂縫的產(chǎn)生。

2.1 原材料

水泥。普通硅酸鹽低堿水泥是較為經(jīng)常使用的，強(qiáng)度等級(jí)一般為42.50。（穩(wěn)定性高，強(qiáng)度54～56 MPa）

粉煤灰的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需要在2級(jí)以上，才能有效提高混凝土的和易性，降低水灰比。

砂要求潔凈，不含雜質(zhì)，機(jī)械過(guò)篩。為了加強(qiáng)混凝土的抗裂強(qiáng)度，選用砂的細(xì)度模數(shù)通常在2.70～3.10范圍內(nèi)。

石料要求直徑為5～20 mm、20～40 mm，且石料級(jí)配較好且表面粗糙，堅(jiān)硬度較好。

2.2 配合比確定

采用混凝土C20 W6 F150。水膠比0.48；砂率32%；粉煤灰摻量3%；級(jí)配：中∶小=6∶40；各項(xiàng)材料用量：水泥231 kg、粉煤灰77 kg、砂783 kg、石1 194 kg；入倉(cāng)坍落度4～6 cm；含氣量3%～5%。水泥用量降低，混凝土的坍落度與和易性將得到大大改善，混凝土水化熱相應(yīng)降低，熱峰時(shí)間向后推延，使得混凝土的后期強(qiáng)度大大提高，抗裂能力也增強(qiáng)。

2.3 預(yù)防不均勻沉降導(dǎo)致的混凝土裂縫

在高邊坡上澆筑混凝土?xí)r，要進(jìn)行削坡確保坡的平整度，保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不影響混凝土的穩(wěn)定性；在不良地質(zhì)情況下，都要根據(jù)設(shè)計(jì)要求提前進(jìn)行特殊處理，如濕陷性黃土地質(zhì)、膨脹土地質(zhì)等。整體削坡后的平整度應(yīng)小于0.50 m。如果整體削坡后的平整度小于1.0 m，此種地質(zhì)情況表面應(yīng)覆蓋砂礫料?；A(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫發(fā)生要盡量避免，因?yàn)樨灤┬粤芽p也常常因此引發(fā)。

2.4 對(duì)凝縮裂縫的預(yù)防措施

混凝土澆筑之后，不能過(guò)多抹壓，一般為1～2遍，并要加一層混凝土養(yǎng)護(hù)劑，外加塑料薄膜，噴水保持一定的濕度。

3 處理裂縫的方法

3.1 表面涂抹處理

裂縫寬度不同，采用的涂抹材料不同。裂縫寬度不大于0.2 mm，選用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行涂抹；裂縫寬度在0.2～0.4 mm之間，選用水泥基柔性防水材料進(jìn)行涂抹。

水泥基滲透結(jié)晶防水材料含有的活性化學(xué)物質(zhì)和水作用后，借助載體在混凝土內(nèi)進(jìn)行滲透，最終在內(nèi)部形成結(jié)晶體，這種剛性防水材料能夠?qū)⒘芽p堵塞，達(dá)到良好的防水目的?？梢詮V泛應(yīng)用于給水工程，直接與水接觸的混凝土工程，無(wú)毒害、永久性、防水性等都是它的優(yōu)點(diǎn)。具體操作過(guò)程，先處理裂縫表面，施工工藝手法通常采用噴涂、干撒、涂刷等將裂縫兩側(cè)都處理一遍，厚度約1 mm，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。

水泥基柔性防水材料的優(yōu)點(diǎn)是抗?jié)B能力強(qiáng)、延伸性能強(qiáng)、抵抗熱脹冷縮能力強(qiáng)、粘結(jié)和防裂性能強(qiáng)等等。防水原理是材料內(nèi)高分子聚合物、礦物粉體、水泥、石英砂等材料借助水的作用，形成防水涂膜，施工方法同上。

3.2 鑿槽嵌縫處理

裂縫寬度δ≥0.4 mm，深度不大，且裂縫不貫通，此時(shí)采用的裂縫處理方式為鑿槽嵌縫法。

水泥基柔性防水材料、聚硫密封膠是常用的嵌縫材料。具體來(lái)說(shuō)，借助開(kāi)鑿工具沿著裂縫的方向，鑿成“U”狀槽溝，寬約25 mm，深度約38 mm（槽深為槽寬的1.5倍），需要注意的是不能將溝槽鑿成“V”狀。接著將準(zhǔn)備好的嵌縫材料灌入槽內(nèi)，壓實(shí)且初凝后達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度再進(jìn)行找平。

3.3 灌漿法

采用灌漿法，針對(duì)裂縫較大的情況下，剔除或者拆除結(jié)構(gòu)不適用于現(xiàn)狀，裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性能和使用性能都產(chǎn)生相應(yīng)影響。施工方法，將一定的注漿材料借助相應(yīng)的注入設(shè)備，灌入到裂縫中，膠結(jié)材料在裂縫中硬化后，與混凝土混為一體，以達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)要求，而進(jìn)行的裂縫封堵處理。注漿材料主要有水泥漿、環(huán)氧樹(shù)脂以及聚氨酯等。由于注漿設(shè)備需要在高壓下運(yùn)行，因此工作人員需要有進(jìn)行相應(yīng)的操作技能。

3.4 結(jié)構(gòu)加固法

當(dāng)裂縫使得結(jié)構(gòu)的安全性受到較嚴(yán)重影響的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)不能按照原有設(shè)計(jì)要求使用，采用結(jié)構(gòu)加固法進(jìn)行處理。原理是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，從而降低裂縫的影響程度。主要做法有：將混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸增大，型鋼包邊將鋼板貼到結(jié)構(gòu)表面，增設(shè)支點(diǎn)等方式，從而提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力。

3.5 拆除置換混凝土法

裂縫的產(chǎn)生使得混凝土結(jié)構(gòu)，不再滿足設(shè)計(jì)的相應(yīng)要求和結(jié)構(gòu)性能，不能達(dá)到相應(yīng)承載力的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不具有安全性和使用性，就需要拆除原有混凝土，重新澆筑。如澆筑單塊混凝土出現(xiàn)多處裂縫且位移達(dá)到1 cm，影響相應(yīng)結(jié)構(gòu)時(shí)，可以采用拆除措施。原有基礎(chǔ)要進(jìn)行徹底清理，更換材料要與拆除的材料相當(dāng)，且基礎(chǔ)壓實(shí)能夠達(dá)到相應(yīng)要求，方可再次澆筑混凝土?；炷翗?biāo)號(hào)要大于原有設(shè)計(jì)的混凝土標(biāo)號(hào)。并加入外加劑（微膨脹劑），要避免對(duì)原有鋼筋的損害。

4 總結(jié)

在施工過(guò)程中，混凝土出現(xiàn)裂縫是較為普遍的質(zhì)量問(wèn)題，使用哪種處理方式需要根據(jù)裂縫出現(xiàn)的原因來(lái)進(jìn)行判定，不同的裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的承載力大小、安全性能、是否影響結(jié)構(gòu)的正常使用等等具有不同的影響程度。如果裝飾表面出現(xiàn)細(xì)小裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)等使用和安全性能影響小，僅對(duì)外觀形象有損，那么采取涂抹面層的方式即可；如果出現(xiàn)的裂縫降低了混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，視其影響程度，采取加固結(jié)構(gòu)法、置換法、灌漿法等。

混凝土施工過(guò)程中，既要對(duì)混凝土施工工藝進(jìn)行控制，嚴(yán)格制定相應(yīng)的澆筑振搗方案，嚴(yán)格控制混凝土的原材料和混合比例，澆筑過(guò)程中注重環(huán)境的變換，澆筑后注意嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)混凝土，直到混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求才可進(jìn)行下一步施工，盡最大可能地控制裂縫的產(chǎn)生。