水利工程混凝土裂縫成因及防治措施淺析

楊 虎

(陜西省水利信息宣傳教育中心(陜西水利博物館)，陜西 西安 710004)

0 引言

混凝土裂縫缺陷是混凝土工程中常見的病害之一，水工混凝土建筑物的裂縫不僅影響建(構)筑物使用功能，而且對結構安全也存在嚴重隱患。因此，使用質量合格的混凝土材料，嚴格按照規(guī)范施工是避免減少混凝土出現(xiàn)裂縫病害的有效舉措之一。本文以陜西水利博物館水土保持示范工程水景觀池為例，就混凝土裂縫的成因及處理舉措進行簡要的分析總結。

1 工程概況

陜西水利博物館水土保持示范工程水景觀池設計為普通混凝土結構，分為兩級平臺，一級平臺底板尺寸為32 m×16 m，二級平臺底板尺寸為18 m×16 m，兩級平臺高差為20 cm。水池基礎設計方案為建基面原土夯實，之上回填300 mm厚3∶7灰土墊層，灰土墊層上澆筑200 mm厚C25素混凝土底板，池壁為300 mm厚C25鋼筋混凝土。為防止?jié)B漏，在后來施工過程中，將C25普通混凝土變更為C25抗?jié)B混凝土(抗?jié)B等級P6)，基礎處理及其他仍按原設計施工。

2 主要施工過程及存在問題

2.1 主要施工過程

該項目水景觀池機械開挖至設計標高后，人工務實建基面后，采用3∶7灰土分兩層回填，然后綁扎池壁、蓄水池頂板鋼筋，模板支護用鋼管固定，并在池壁外側用鐵絲斜拉、鋼管斜撐，防止池壁模板傾斜。水池池壁、池底板采用C25商品混凝土(抗?jié)B等級P6)一次性澆筑，澆筑完成后，用塑料薄膜覆蓋，連續(xù)養(yǎng)護14天。

2.2 存在問題及處理方法

水景觀池蓄水運行后，一、二級平臺出現(xiàn)裂縫，最大縫寬超過2 mm。裂縫病害處理方法：(1)分別在水景觀池距池壁14 m、26 m、38 m處增設3道橫向伸縮縫，伸縮縫寬度為15 mm～20 mm，深度為120 mm～150 mm。(2)伸縮縫采用切割法鑿除成型，清理干凈，然后下部9 cm～12 cm采用瀝青砂漿填充，上部3 cm采用環(huán)氧樹脂砂漿填充找平壓光。目前，水景觀池裂縫變化微小，無明顯新增裂縫。

3 混凝土裂縫成因分析

混凝土裂縫是混凝土結構由于內外因素的作用而產生的物理結構變化，直接影響著混凝土結構物承載能力、耐久性及防水性能，且存在一定的安全隱患。綜合分析，該水景觀池混凝土裂縫主要為干縮裂縫、溫度裂縫。

混凝土澆筑終凝后，未及時養(yǎng)護，表面水分蒸發(fā)迅速，即引起的干縮裂縫。通常干縮裂縫多為表面性裂縫，縫寬在0.05 mm～0.2 mm之間，走向無明顯規(guī)律性，一般產生在露天養(yǎng)護后，在表面或側面出現(xiàn)，隨溫度、濕度變化逐漸發(fā)展[2]。是由于養(yǎng)護不當，表面水分散發(fā)過快，使混凝土內外不均勻收縮引起表面裂縫，另外，混凝土收縮變形受基礎、墊層等約束也可能出現(xiàn)干裂，或者材質不均、細骨料含泥量過大也會導致形成干縮裂縫。

施工期溫度過高，尤其在炎熱夏季澆筑混凝土，易產生溫度裂縫。主要原因是混凝土內部和外部溫差較大，深進和貫穿性裂縫大多由于結構降溫較快，內外溫度較大或受外界約束而出現(xiàn)的裂縫。

需要注意的是，地基處理加固不徹底還可產生不均勻沉降裂縫，這類裂縫大多為貫穿性裂縫，走向多為45°～90°擴展，縫寬與不均勻沉降值成比例[3]。形成的主要原因是地基處理存在缺陷或基礎加固處理不徹底，也可能是基礎受到破壞、模板和支撐體系固定不牢固，引起結構形成不均勻沉降裂縫。

4 預防混凝土裂縫要點

4.1 混凝土原料及配合比控制

原料的質量是影響混凝土結構是否會出現(xiàn)裂縫的主要原因之一，即使施工技術、施工方案再好，混凝土原料不符合配制要求，也難以達到混凝土結構的設計使用功能，在選用時應當結合不同混凝土的特點和性能，嚴格控制其施工配合比，從而達到科學拌和的比例。對于大體積混凝土，還可從水泥選擇、用量控制及水灰比等為出發(fā)點，降低結構裂縫。例如，選取水泥時，盡量選用水化熱程度較低的水泥，將水化熱產生的熱量予以控制，確保其與施工氣溫相差較小，有效控制混凝土內外溫差，降低裂縫發(fā)生。此外，對于混凝土來說，外加劑的使用已成了提升混凝土性能的重要原料之一，在混凝土中加入一定量的高效減水劑、引氣劑等能夠有效降低混凝土所需用水量，同時還能降低膠凝材料的使用量。

4.2 干縮裂縫預防要點

防止和減少混凝土結構干縮裂縫的措施有：①按照規(guī)范要求合理設置伸縮縫，有防水要求的必須設置止水舉措；②降低水灰比，減少水泥用量，改善混凝土的性能；③合理選擇配筋率，配筋率不宜過高，構造筋設置應均勻分布，避免發(fā)生應力集中產生裂縫；④及時對混凝土進行養(yǎng)護，正常情況下，澆筑12 h以內要對混凝土進行覆蓋，并采用相應的保溫措施，縮小降溫過程溫差，并適當延長養(yǎng)護時間。

4.3 溫度裂縫控制要點

在水利工程混凝土施工中控制好混凝土的施工溫度是控制裂縫產生的重要環(huán)節(jié)[4]。對于大體積混凝土，要采用分層澆筑方式進行，避免內外部溫差過大產生溫度裂縫，實際施工中通常采用人工降溫方法，尤其在夏季，采用預冷骨料、澆筑后覆蓋噴灑冷水等降低混凝土溫度。盡可能地減少混凝土水化熱過程中聚集的熱量，選擇合適的外部環(huán)境澆筑混凝土，如施工組織上安排春秋季多澆，夏季早晚澆、正午不澆等，還可通過預埋冷卻水管，通過循環(huán)冷水降溫冷卻，防止溫差過大形成混凝土裂縫。

4.4 不均勻沉降裂縫控制要點

不均勻沉降裂縫多為基礎處理不徹底，致使混凝土結構不均勻沉降引起裂縫，其防治要點為依據地基條件，選用合理的施工措施加固基礎，避免基礎出現(xiàn)不均勻沉降，亦或在合理位置設置沉降縫，減少混凝土結構裂縫。

4.5 外加劑使用要點

混凝土外加劑的使用也是影響混凝土產生裂縫的一個重要因素。因此要正確選擇和控制混凝土外加劑的使用，如膨脹劑雖具有補償混凝土干縮和密實混凝土、提高混凝土抗?jié)B性和延遲初裂時間等，但如果不加強早期混凝土養(yǎng)護，則裂縫發(fā)展速度比較快，寬度也相對較大。減縮劑能有效延遲初裂時間，并且降低裂縫發(fā)展速度和縫寬。因此，減縮劑具有顯著的抗裂效果。

5 混凝土裂縫處理措施

5.1 表面裂縫

混凝土表面裂縫可以通過涂抹1～2遍環(huán)氧膠泥處理裂縫，也可以將裂縫附近表面的混凝土鑿毛，或者沿裂縫方向鑿成深15 mm～20 mm、寬100 mm～200 mm的V型槽，清理干凈并灑水濕潤，處理時先刷一道水泥漿，然后用1∶2左右水泥砂漿分3層涂抹，總厚度應控制在2 cm左右；水工混凝土結構有防水要求時，還需用水泥泵漿交替摸壓5層剛性防水層，灑水養(yǎng)護。

5.2 貫穿性裂縫

貫穿性混凝土裂縫處理宜采用環(huán)氧漿液或早凝材料進行化學灌漿處理，也可以采用上述表面裂縫處理方法鑿成V形槽，再填充環(huán)氧砂漿或早強材料，修補完成后并加強澆水養(yǎng)護。

6 結語

水利工程混凝土施工較為復雜，且技術要求高，特別是具有防水要求的水工混凝土結構?；炷亮芽p缺陷，不利于工程結構安全及耐久性。因此，為保證結構質量可靠，滿足使用功能，在施工時需準確掌握混凝土施工特征及技術要求，從源頭控制減少混凝土裂縫病害發(fā)生，確?；炷翝M足使用功能，保證結構安全和使用壽命。