水利工程混凝土裂縫滲透成因及有效預(yù)防措施初探

耿向暉

摘要：改革開放以來，隨著改革的不斷深化，我國水利工程建設(shè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了積極的變化，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中利民性工程的比重出現(xiàn)日益上升趨勢，推動了經(jīng)濟(jì)的快速增長。但過去長期以來，水利工程建設(shè)中安全質(zhì)量問題不盡人意，其中混凝土裂縫滲透問題尤為突出，裂縫滲透問題的產(chǎn)生在很大程度上取決于混凝土質(zhì)量的好壞，不僅對整個工程的質(zhì)量和外觀產(chǎn)生影響，且不利于工程后期正常使用。鑒于此，文章從混凝土施工特點(diǎn)著手，深入分析導(dǎo)致混凝土裂縫滲透的典型因素，并針對其中較為突出的幾點(diǎn)原因，提出有效的預(yù)防措施，完善施工技術(shù)與施工工藝，全面提高水利工程整體質(zhì)量。

Abstract： Since the reform and opening up， with the continuous deepening of reforms， China's water conservancy project construction structure has undergone positive changes. The proportion of national infrastructure construction in the country's infrastructure construction has been increasing， which has promoted rapid economic growth. However， in the past， the safety and quality problems in the construction of water conservancy projects have been unsatisfactory. The problem of concrete crack penetration is particularly prominent. The problem of crack penetration depends to a large extent on the quality of concrete， not only affecting the quality and appearance of the entire project， but also is not conducive to the normal use of the project later. In view of this， the article starts from the characteristics of concrete construction， makes in-depth analysis of the typical factors leading to concrete crack penetration， and proposes effective preventive measures for several prominent reasons， to improve construction， and comprehensively improve the overall quality of water conservancy projects.

關(guān)鍵詞：水利工程；混凝土；裂縫滲透；形成原因；措施

Key words： hydraulic engineering；concrete；crack penetration；formation cause；measure

中圖分類號：TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）30-0263-02

1 水利工程混凝土的受力特點(diǎn)

目前，區(qū)域性水資源管理相關(guān)部門采取統(tǒng)一的調(diào)度管理形式，而水利工程在這一戰(zhàn)略實(shí)施過程中發(fā)揮著重要的支撐作用。水利工程區(qū)別于其他建筑工程，其在創(chuàng)造價值過程中伴隨有大量的負(fù)面影響。從工程建設(shè)特點(diǎn)來看，工程建設(shè)規(guī)模龐大、施工建設(shè)成本較高、所耗周期較長、施工技術(shù)繁瑣等，其中容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)主要集中在工期上，所需施工周期越長，就越易滋生各種質(zhì)量問題，例如，混凝土裂縫滲透問題，成為較為普遍的問題之一。一般情況下，混凝土裂縫滲透問題主要影響工程投入使用后的安全性與穩(wěn)固性，但由于水利工程極為特殊的施工環(huán)境條件，無形中增加了對其施工質(zhì)量、施工安全等方面的要求。且構(gòu)成混凝土結(jié)構(gòu)的原材料，同樣容易受到水的侵蝕以及外在壓力的影響等等。一旦水利工程施工過程中，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫滲透問題，不僅縮短工程實(shí)際使用壽命，而且容易極大地威脅現(xiàn)場施工人員的生命安全。因此水利工程混凝土裂縫滲透預(yù)防便顯得尤為重要，而如何找到問題產(chǎn)生的根源對癥下藥，成為目前水利施工技術(shù)提高施工質(zhì)量的重要研究課題。

2 混凝土裂縫滲透成因及類型

2.1 混凝土收縮引起的裂縫

通常，混凝土工程完成后，需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，確保混凝土所處環(huán)境的濕度與溫度處于正常值范圍，減少裂縫問題的產(chǎn)生幾率。但實(shí)際養(yǎng)護(hù)過程中，由于受施工環(huán)境的限制，養(yǎng)護(hù)工作不到位，無法維持混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部條件與外界因素的平衡性，從而導(dǎo)致混凝土在凝固過程中，體積不斷縮小產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，在受到外界約束的情況之下，極有可能引發(fā)嚴(yán)重的混凝土裂縫問題。

2.2 溫度變化引起的裂縫

目前，建材市場上常見的混凝土材料主要包括水泥、砂子、水、石子，根據(jù)原材料質(zhì)量的不同，所選擇添加劑以及調(diào)配比例不同，形成混凝土的強(qiáng)度也不盡相同。從化學(xué)角度來看，將水和水泥互相混合后，容易產(chǎn)生水化熱反應(yīng)，促使混凝土在溫度上產(chǎn)生變化，如溫度急劇升高，與內(nèi)部溫度形成較大的溫差，激發(fā)溫度應(yīng)力的產(chǎn)生，破壞混凝土原本的壓力狀態(tài)，最終產(chǎn)生裂縫問題。因溫度變化而引起的裂縫，不利于長期暴露于外界尤其是暴雨天氣。

2.3 混凝土塑性坍落引起的裂縫

一般，混凝土在凝結(jié)過程中需要消耗一定的時間，其在徹底固化之前始終處于一個塑性狀態(tài)，如果在此過程中出現(xiàn)滲水等現(xiàn)象，容易引起骨料的移動，且在利用鋼筋或者模板對其進(jìn)行形狀約束時，在受到外界壓迫之后，容易沿著鋼筋長度方向產(chǎn)生裂縫問題。

2.4 堿-骨料化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫

在混凝土的空隙中，水的堿性與活性骨料之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成硅酸凝膠，遇水后體積膨脹，使混凝土發(fā)生脹裂并形成裂縫。

2.5 其他原因引起的混凝土裂縫

水利工程在實(shí)際施工過程中受施工條件或者施工環(huán)境的影響，在不同施工條件下所產(chǎn)生裂縫類型不同，主要分為內(nèi)部裂縫以及外部裂縫，其中從外部裂縫問題來看，又可細(xì)分為宏觀裂縫和微觀裂縫兩種。對于宏觀裂縫的判斷與識別，主要是分辨裂縫寬度，一旦當(dāng)裂縫達(dá)到0.05mm以上，小于0.2-0.3mm之間的裂縫，對整個結(jié)構(gòu)的影響不大，需進(jìn)行無害處理。而微觀裂縫的識別難度較大，一般肉眼無法觀察到，若在混凝土內(nèi)部一種固有的裂縫類型，具有不連貫性，但是如果其荷載不超過規(guī)范要求條件時，可視為無害。

3 減少混凝土裂縫滲透的有效預(yù)防措施

3.1 對混凝土質(zhì)量問題的防治措施

施工原材料作為混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)組成部分，所選用原材料質(zhì)量直接決定整個混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，因此，在工程初期選材過程中應(yīng)嚴(yán)格把控材料質(zhì)量，只有完全符合相關(guān)施工規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的前提下，才能允許材料進(jìn)場。原材料的配比應(yīng)盡可能地減少水泥的使用總量，可以利用其它物質(zhì)代替水泥，從根本上有效改善混凝土的融合性，提高其抵御外部破壞性因素的能力。同時，嚴(yán)格控制進(jìn)場水泥和集料的整體質(zhì)量，更加科學(xué)、合理的控制水灰比，必要時添加適量的減水劑，確保所選用的砂石材料直徑合格且大小一致，避免因空隙過大而造成的質(zhì)量問題，運(yùn)用有效的處理方式減少砂石中有害物質(zhì)的含量，增強(qiáng)混凝土與集料的黏附性。此外，如果混凝土質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，極有可能出現(xiàn)鋼筋氧化現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)更深層次的混凝土裂縫，破壞建筑物整體結(jié)構(gòu)，因此，亟需進(jìn)一步增強(qiáng)控制混凝土質(zhì)量的力度。

3.2 減少外界環(huán)境造成的裂縫滲漏

外界環(huán)境的影響是無法通過人為方式進(jìn)行改變和避免的，只有變相使用安全維護(hù)的思維方式，以人工干預(yù)的方法對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，降低混凝土最終受損程度。在工程施工前，施工單位應(yīng)全面掌握近一周內(nèi)的天氣情況，制定具體施工時間，避開暴風(fēng)、暴雨、高溫、嚴(yán)寒等極端惡劣天氣，減少混凝土裂縫的產(chǎn)生幾率。另一方面，加快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)混凝土溫度控制方法，盡量降低水泥使用量，避免水熱化現(xiàn)象的形成，運(yùn)用堿水、增塑、緩凝等添加劑代替水泥，有效改善混凝土的保水性及流動性。此外，當(dāng)處于極端天氣下，白天和夜間氣溫上下變化幅度較大，需進(jìn)一步加強(qiáng)相應(yīng)的保護(hù)措施，當(dāng)混凝土澆筑完成后，利用濕潤的草簾或者泡沫等保溫性材料進(jìn)行保護(hù)，并且時刻保持結(jié)構(gòu)的濕度，為混凝土冷卻創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。

3.3 對施工不當(dāng)?shù)姆乐未胧?/p>

混凝土施工對施工方法與施工順序具有較高的要求，無論是施工環(huán)節(jié)還是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。一是設(shè)計(jì)階段。工程前期施工設(shè)計(jì)過程中，需將裂縫問題納入考慮范圍之內(nèi)，為有效降低混凝土溫度升高值，可適當(dāng)?shù)販p少對水泥的使用量，在施工前做好對混凝土的早期保護(hù)，特別是在一些大型水利工程的施工過程中，會出現(xiàn)水熱化的問題，所以在前期施工過程中一定要注意保養(yǎng)混凝土，注意保養(yǎng)的時間。二是必須在建成的初期和后期加強(qiáng)對建筑物一定的維護(hù)，必須修補(bǔ)一些可以修補(bǔ)的裂縫。

3.4 溫度的控制

通常情況下，在混凝土的凝固硬化過程中，如果水和水泥相互融合，將產(chǎn)生相應(yīng)的水熱化反應(yīng)，容易引起混凝土溫度的變化，如果不能在有效時間之內(nèi)將熱量消散，長期存留于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，當(dāng)產(chǎn)生溫差時將產(chǎn)生混凝土裂縫。針對因溫度變化而引起的裂縫問題，首先應(yīng)從材料用量著手，盡可能地減少對水泥的使用量，消除水與水泥的化學(xué)反應(yīng)，消除熱量在混凝土內(nèi)部的形成。并且通過減水劑、增塑劑、緩凝劑的添加，代替水泥的作用。其次，考察現(xiàn)行施工工序的可行性，進(jìn)行合理調(diào)整，在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的冷卻管道，并積極引入先進(jìn)的制冷技術(shù)，達(dá)到對混凝土內(nèi)部降溫的目的。此外，通過設(shè)立專門的混凝土質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)，實(shí)時觀察監(jiān)督混凝土變化情況，一旦溫度產(chǎn)生變化，及時上報相關(guān)部門，并采取相應(yīng)的應(yīng)急冷卻處理措施。

4 水利工程混凝土裂縫修補(bǔ)方法

第一，表面修補(bǔ)法。此類方法多見于裂縫截面處理，主要是通過涂刷涂料，對表面裂縫進(jìn)行填補(bǔ)，形式簡單便于操作。在處理過程中所采用的涂料主要包括水泥粉和水、環(huán)氧膠泥、油漆、瀝青等等；當(dāng)混凝土表面裂縫不大，且較為平整時，可以利用黏土或者塑膠等材料在裂縫周圍進(jìn)行涂抹，并將低粘度的聚合物液注入裂縫內(nèi)部，利用液體的重力作用，成功侵入裂縫內(nèi)部，進(jìn)而達(dá)到修補(bǔ)表面裂縫與內(nèi)部裂縫的雙重作用。

第二，結(jié)構(gòu)加固法。此類方法主要針對那些影響到構(gòu)件結(jié)構(gòu)、性能的裂縫的處理。主要是在構(gòu)件表面采取必要的加固措施以達(dá)到恢復(fù)混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)、性能的目的?？梢圆扇〉臉?gòu)造措施，如：在構(gòu)件角部外包型鋼、在構(gòu)件外部添加鋼筋、在構(gòu)件上添加預(yù)應(yīng)力錨索，或者增設(shè)支點(diǎn)、噴射混凝土達(dá)到混凝土補(bǔ)強(qiáng)目的。

第三，灌漿法。所謂灌漿法主要是依托相關(guān)壓力設(shè)備，在裂縫中注入大量的膠結(jié)材料，進(jìn)行修補(bǔ)裂縫。當(dāng)膠結(jié)材料被壓入裂縫后，在其凝固硬化過程中與裂縫形成有機(jī)統(tǒng)一體。對灌漿法的應(yīng)用主要集中在影響不大的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫中，或者寬度大于0.2mm的靜止裂縫、貫穿性裂縫，施工前，應(yīng)沿縫清除基面上的油污雜質(zhì)，在裂縫上隔段打灌漿孔，然后將膠結(jié)材料壓入灌漿孔內(nèi)部，注漿后待縫內(nèi)漿液固化后，方可拆下注漿嘴并進(jìn)行封口抹平。

5 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代化水利工程施工中混凝土裂縫是最為常見的質(zhì)量問題之一，一旦出現(xiàn)，不僅影響混凝土性能，還影響工程后期使用效果。因此，未來水利工程施工中應(yīng)加強(qiáng)對混凝土質(zhì)量控制、減少外界干擾因素、規(guī)范施工工藝、選擇合適的施工氣候條件等等，破壞裂縫形成環(huán)境，促使水利工程發(fā)揮更多良好的社會效益。

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