水利水電工程中混凝土防裂縫施工技術(shù)

徐仁福 五常市水土保持工作站

1 前言

水利水電工程是與人們生產(chǎn)生活息息相關(guān)的工程，同時(shí)也直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此水利水電工程對(duì)質(zhì)量要求較高。但由于水利水電工程建筑規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在進(jìn)行混凝土施工作業(yè)時(shí)不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，所以工程質(zhì)量容易受種種不可控因素影響，從而出現(xiàn)裂縫等情況。裂縫一旦出現(xiàn)會(huì)影響工程整體的使用壽命，還會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)使裂縫不斷蔓延，給后續(xù)工程投入使用帶來極大的安全隱患。

混凝土作為常態(tài)下水利水電工程中占比最高的建筑材料，務(wù)必在施工時(shí)嚴(yán)格按照國(guó)家操作標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，找到混凝土裂縫出現(xiàn)的原因，并針對(duì)性采用技術(shù)改善措施，確保水利水電工程順利投入使用。

2 水利水電工程中混凝土裂縫的產(chǎn)生原因

2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)溫差過大

通過總結(jié)過去混凝土施工過程中出現(xiàn)的裂縫問題，發(fā)現(xiàn)客觀物理因素對(duì)混凝土產(chǎn)生裂縫有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，其中溫度在混凝土成型過程中的影響較為明顯?；炷磷鳛橐环N由水、砂石、水泥等材料組成的混合物，其凝固過程對(duì)于溫度有一定的需求，而當(dāng)前絕大部分混凝土建筑施工現(xiàn)場(chǎng)都在室外，缺乏溫度控制設(shè)備，這也就放大了溫度對(duì)混凝土成型的影響。

例如，在北方冬季，白天陽光強(qiáng)，溫度較高，但夜晚溫度驟降，經(jīng)常達(dá)到零度以下。若混凝土建筑在白天完成了澆筑工作，但沒有及時(shí)做好保溫措施，到了夜晚尚未成型的混凝土材料直接暴露在零度以下氣溫中，內(nèi)部的水分會(huì)急速凍結(jié)，一旦水凝結(jié)成冰，體積也會(huì)隨之增大，容易在混凝土材料中產(chǎn)生一種“外脹力”，此時(shí)尚未完全成型的混凝土材料，若自身結(jié)構(gòu)不足以抵抗這股外脹力，裂縫就隨之產(chǎn)生。

另外，很多混凝土澆筑建筑的體積都比較大，內(nèi)外凝固成型的速度與狀況會(huì)拉開一定差異，當(dāng)外部水分蒸發(fā)但內(nèi)部還未凝固時(shí)，內(nèi)部水分子通過摩擦?xí)箖?nèi)部材料溫度上升，此時(shí)混凝土材料本身就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外溫差，在力學(xué)的復(fù)雜作用下導(dǎo)致兩部分混凝土體積向相反方向變化，從而產(chǎn)生裂縫。

2.2 混凝土材料質(zhì)量問題

相比于混凝土施工過程中外界不可抗力的影響，混凝土材料本身的質(zhì)量對(duì)混凝土澆筑效果具有決定性的作用?；炷敛牧现谢旌铣煞侄?，水泥、細(xì)砂等材料的顆粒度、濕度及不同材料成分間的比例都會(huì)對(duì)混凝土能否順利成型帶來影響。當(dāng)混凝土材料中水泥比例較高時(shí)，該混合材料所澆灌出的混凝土建筑或部件的收縮性就更強(qiáng)，成型后的混凝土材料就有更高的塌陷風(fēng)險(xiǎn)，因而容易有更高的開裂趨向。

此外，混凝土中的水泥在水化過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，若混凝土本身的材料質(zhì)量不過關(guān)，很容易在溫度作用下給材料帶來物理形變或化學(xué)性變，致混凝土澆筑完成后表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，使混凝土建筑或者部件整體發(fā)生裂縫甚至坍塌。除原材料本身的出廠質(zhì)量不合格導(dǎo)致的質(zhì)量問題外，施工方購(gòu)入原材料后的不當(dāng)存放也會(huì)導(dǎo)致混凝土原料的質(zhì)量下滑。如將原材料水泥砂石等直接暴露存放在施工現(xiàn)場(chǎng)室外環(huán)境中，或?qū)?kù)房?jī)?nèi)的防潮設(shè)施沒有做到位等，都容易使原材料吸水變質(zhì)。將變質(zhì)材料混合成混凝土材料進(jìn)行澆灌后，開裂的風(fēng)險(xiǎn)勢(shì)必增大。

2.3 混凝土混合時(shí)發(fā)生特殊化學(xué)反應(yīng)

混凝土材料雖然在廣義上屬于一種物理意義上的混合物，各種成分一般不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，材料具有穩(wěn)定性。但當(dāng)各種原材料與水混合后就會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)混凝土材料的性質(zhì)帶來改變。例如將水泥、細(xì)砂、骨料等原材料混合后，由于不同成分的顆粒細(xì)度不同，混合物內(nèi)部會(huì)存在很多空隙，且遇水后空隙中會(huì)充滿堿性溶液。

這些堿性溶液與混凝土成分之一的骨料中的碳酸鹽、硅酸鹽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并同時(shí)生成硅酸凝膠等聚合物，使得混凝土材料內(nèi)部雜質(zhì)增多，內(nèi)部密度不均，干擾了的混凝土材料的正常凝固成型，也使得其更容易在各種外界壓力下產(chǎn)生裂縫。因此在進(jìn)行混凝土澆筑施工前，若出現(xiàn)了混凝土材料與水大面積接觸的情況，就可能導(dǎo)致材料發(fā)生上述的化學(xué)反應(yīng)。因此施工方應(yīng)尋找合理的解決對(duì)策，做好原材料防水措施，提前預(yù)測(cè)可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，或加入其他輔助材料減弱材料內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度，將化學(xué)反應(yīng)帶來的負(fù)面影響限制在可控范圍之內(nèi)。

2.4 施工工人操作不規(guī)范

溫度、混凝土材料本身質(zhì)量以及混凝土在混合時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)這三種可能導(dǎo)致混凝土裂縫的原因，都可以歸納為外界客觀因素，施工工人操作上的不規(guī)范所導(dǎo)致的裂縫則屬于主觀因素。部分施工單位為了節(jié)省人力成本，選擇外包施工隊(duì)進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)，然而外包施工團(tuán)隊(duì)中工人的專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)很難保證，個(gè)別工人對(duì)混凝土的混合、攪拌、澆筑等操作原理了解不多，也沒有對(duì)混凝土澆筑過程中產(chǎn)生裂縫情況做好預(yù)防工作。工人專業(yè)知識(shí)的缺失以及對(duì)原理的不了解，導(dǎo)致在具體施工中過于教條或遵循經(jīng)驗(yàn)主義，不能根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整混凝土配比、澆筑速度、澆筑厚度等。

此外，施工前對(duì)于一線工人的培訓(xùn)不足也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)作業(yè)中出現(xiàn)疏忽，從而導(dǎo)致混凝土建筑或部件產(chǎn)生裂縫。水利水電工程本就處于水環(huán)境中，裂縫問題會(huì)加速工程建筑機(jī)體的腐蝕速度，埋下滲漏隱患，給工程的總體施工質(zhì)量帶來負(fù)面效應(yīng)。

3 避免水利水電工程中出現(xiàn)混凝土裂縫的措施

3.1 結(jié)合實(shí)際制定計(jì)劃，預(yù)留施工備選項(xiàng)

針對(duì)上述總結(jié)的氣候、溫度等因素對(duì)混凝土成型帶來的負(fù)面影響，施工方應(yīng)首先在施工設(shè)計(jì)中就對(duì)施工實(shí)踐做好提前設(shè)計(jì)，在開始施工前，充分調(diào)研考察施工工地，了解當(dāng)?shù)氐募竟?jié)氣候、晝夜溫差、降水量，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的解決對(duì)策。嚴(yán)格控制混凝土入模的溫度條件，在一般環(huán)境下，冬季混凝土入模溫度應(yīng)在10℃以上，夏季混凝土入模溫度應(yīng)在25℃以下。當(dāng)工期正值北方冬季且無法調(diào)整時(shí)，應(yīng)考慮到低溫甚至零下環(huán)境對(duì)混凝土成型的干擾，在澆灌混凝土前后做好保溫措施，避免晝夜溫差過大導(dǎo)致混凝土開裂情況。

此外，設(shè)計(jì)方案中也要對(duì)混凝土材料的配比做出明確規(guī)定，將設(shè)計(jì)方案細(xì)化到每種成分的參數(shù)，考慮混凝土材料在當(dāng)?shù)丶扔袟l件下的成型需求，對(duì)可能發(fā)生的化學(xué)和物理反應(yīng)做出提前預(yù)支，減少不可控因素對(duì)施工的影響。

施工方在秉持科學(xué)有效的原則上，根據(jù)實(shí)際天氣狀況調(diào)整工作時(shí)間，切勿因趕工期而不顧惡劣天氣，在雨雪天氣中進(jìn)行施工。只有制定出完善的施工方案，對(duì)總體施工細(xì)節(jié)做好頂層統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，在后續(xù)的具體施工環(huán)節(jié)中才有據(jù)可依，作業(yè)才能有條不紊地進(jìn)行。

3.2 優(yōu)選材料加強(qiáng)檢查，守住材料質(zhì)量關(guān)

混凝土材料本身質(zhì)量直接關(guān)系到混凝土成型后是否會(huì)產(chǎn)生裂縫，以及水利水電工程本身的使用持久性，因此在進(jìn)行原材料購(gòu)買或是選擇原材料供應(yīng)商時(shí)，應(yīng)做到嚴(yán)格謹(jǐn)慎。例如在選擇水泥時(shí)，需根據(jù)預(yù)算成本盡量選擇水化過程中釋放熱量較少的水泥類型，將水化過程中帶來的混凝土內(nèi)外溫差影響降到最低。同時(shí)也要盡可能選擇細(xì)度較低的水泥材料，提高混凝土材料的強(qiáng)度。重點(diǎn)考察原材料的生產(chǎn)日期、保質(zhì)期是否具有安全認(rèn)證，且可以采樣送檢，使用技術(shù)手段選擇更高性價(jià)比的原材料，在保證水利水電工程混凝土施工質(zhì)量的同時(shí)獲得更好的收益。

在進(jìn)行原材料供應(yīng)商招標(biāo)時(shí)，負(fù)責(zé)招標(biāo)的工作人員應(yīng)做到客觀公正，牢牢守住原材料的質(zhì)量關(guān)，切勿收受好處為某家供應(yīng)商企業(yè)“開后門”，從源頭保證混凝土原材料的安全可靠。當(dāng)完成原材料的準(zhǔn)備工作后，要妥善儲(chǔ)存原材料，禁止將原材料隨意暴露在露天環(huán)境下，應(yīng)選擇避光干燥的庫(kù)房存放，在庫(kù)房?jī)?nèi)做好防潮設(shè)施，避免水泥等原材料受潮后影響正常使用。隨時(shí)對(duì)原材料進(jìn)行抽樣檢查展開全面檢查。質(zhì)量問題無小事，只有把控材料質(zhì)量關(guān)，才能盡量降低混凝土出現(xiàn)裂縫的可能。

3.3 重視混凝土養(yǎng)護(hù)，提高建筑持久度

混凝土澆筑完成之后仍舊需要不斷澆水保持混凝土的濕度與溫度，為混凝土水化過程提供充足的水分需求，提高反應(yīng)速率的同時(shí)，能夠確?；炷敛牧享樌尚汀Ｊ┕挝粦?yīng)組建一支專門團(tuán)隊(duì)，采用輪流倒班制度，24h不間斷地對(duì)混凝土材料進(jìn)行定時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)。隨時(shí)補(bǔ)充水分不僅能夠催化水化反應(yīng)，也能減小尚未成形的混凝土材料內(nèi)外溫差，降低結(jié)構(gòu)表面的拉應(yīng)力，避免產(chǎn)生裂縫。

另外，混凝土養(yǎng)護(hù)的方式方法也應(yīng)根據(jù)施工地條件的不同作出針對(duì)性選擇，合理選擇保溫保濕混凝土養(yǎng)護(hù)法或是薄膜澆水混凝土養(yǎng)護(hù)法等。只有重視起混凝土施工過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，才能形成混凝土建筑施工閉環(huán)，使施工建筑達(dá)到目標(biāo)質(zhì)量要求，為當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活帶來切實(shí)福利。

3.4 注重施工人員培訓(xùn)，確保施工無誤差

要想使混凝土澆筑施工工作順利進(jìn)行，不僅需要完備的頂層方案設(shè)計(jì)，對(duì)于參與到實(shí)際施工過程中的一線工人也應(yīng)充分重視，最重要的就是確保工人具有扎實(shí)的施工專業(yè)知識(shí)，能夠熟知施工操作技術(shù)原理，并對(duì)施工作業(yè)過程中發(fā)生的突發(fā)情況做到靈活面對(duì)。這就需要在招募施工人員時(shí)設(shè)置一定門檻要求，如考察工人對(duì)混凝土安定性施工裂縫的處理辦法，以及混凝土澆筑施工熟練度等。組建一支具有較強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的一線工人團(tuán)隊(duì)，走好混凝土施工作業(yè)的最后一公里。

此外，對(duì)于已組建的施工團(tuán)隊(duì)，施工方相關(guān)管理部門也應(yīng)當(dāng)定期對(duì)施工人員展開培訓(xùn)，包括安全知識(shí)培訓(xùn)以及專業(yè)知識(shí)能力培訓(xùn)等，不斷提高工人的施工安全意識(shí)、責(zé)任意識(shí)和前沿施工作業(yè)技術(shù)，提高工程施工的安全性，減少不必要的受傷及損失，確保工程又快又好的完成。

4 水利水電工程中的混凝土裂縫修復(fù)施工技術(shù)

4.1 表面修復(fù)處理技術(shù)

表面修復(fù)處理技術(shù)是混凝土裂縫處理最常見、也是最簡(jiǎn)便的一種修復(fù)手段，操作技術(shù)難度低、速度快，適合對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行緊急處理，主要適用于裂縫只存在于混凝土部件表面，且對(duì)混凝土整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性沒有影響的情況下。

具體到實(shí)際的操作步驟，首先對(duì)需要處理的混凝土部件表面進(jìn)行清理，并使用鋼絲刷將表面打毛處理，增大表面摩擦力，有利于表面涂料長(zhǎng)時(shí)間附著。打磨處理后需進(jìn)行二次清潔，去除表面碎屑?jí)m土，之后再涂抹表面修補(bǔ)劑，常見的有水泥、環(huán)氧膠泥、油漆、瀝青等材料，修復(fù)細(xì)微裂紋的同時(shí)，也能起到一定的防水防腐作用。進(jìn)行完表面修復(fù)處理后，為了進(jìn)一步提高修復(fù)效果，一般還會(huì)在混凝土部件外表面粘貼玻璃纖維布等材料，加固表面，防止進(jìn)一步開裂。

4.2 鋼板粘貼加固技術(shù)

鋼板粘貼加固技術(shù)顧名思義，即使用鋼板或是剛用改性環(huán)氧樹脂黏合劑等材料，粘貼到混凝土部件出現(xiàn)裂縫部位外表面，并使用黏合劑將鋼板或混凝土部件兩部分緊密結(jié)合，使鋼板成為混凝土部件一部分共同工作，從而彌補(bǔ)混凝土部件由于出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致的強(qiáng)度變低等問題，提高混凝土部件的使用壽命與安全系數(shù)。

一般來說，鋼板粘貼加固技術(shù)適用于混凝土表面裂縫不深的情況下使用，且在進(jìn)行鋼板粘貼的施工前，要保證待處理的混凝土部件完全干燥凝固成型，需要對(duì)有裂縫情況的混凝土部件表面進(jìn)行清潔、除銹前處理，之后再進(jìn)行鋼板或其他材料的粘貼，所粘貼的鋼板或其他材料厚度控制在1mm～4mm 之間為宜。

4.3 修補(bǔ)劑注入修補(bǔ)技術(shù)

修補(bǔ)劑注入修補(bǔ)技術(shù)適用于混凝土裂縫寬度小、但深度大的情況，這種情況使用鋼板加固法不能防止裂縫繼續(xù)垂直加深，因此，選擇合適的修補(bǔ)劑注入裂縫填補(bǔ)縫隙成為良好的選擇。具體操作如下：首先需要將注入修補(bǔ)劑的管道安置在裂縫處，并將表面其他裂縫處提前封閉。之后選擇低黏度環(huán)氧樹脂作為修補(bǔ)材料注入裂縫內(nèi)部，在注入時(shí)可根據(jù)裂縫的實(shí)際情況，選擇手動(dòng)注入法或是借助電動(dòng)泵注入修補(bǔ)劑。如遇到裂縫較大或是已經(jīng)影響到結(jié)構(gòu)安全性時(shí)，注入修補(bǔ)劑填補(bǔ)混凝土裂縫后，還需要使用金屬圍套或者鋼箍，套在受損混凝土部件的外部，避免修補(bǔ)劑注入后混凝土部件的二次損壞開裂。

5 結(jié)束語

綜上所述，水利水電工程中的混凝土裂縫問題，主要可歸納為外界客觀條件和主觀施工操作兩個(gè)維度，要避免混凝土出現(xiàn)裂縫情況，可以從以上兩個(gè)維度入手，將可能影響工程質(zhì)量的溫度因素、材料因素、工人因素等逐個(gè)進(jìn)行修正，使水利水電工程中的混凝土施工順利有序地開展。

當(dāng)混凝土部件已有裂縫問題時(shí)，需要停工整頓，切勿盲目追趕工期而錯(cuò)過了修復(fù)的最佳時(shí)機(jī)?？傊?，混凝土施工作為現(xiàn)下水利水電工程中最重要的施工項(xiàng)目之一，需要從項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)者到一線施工工人都予以高度重視，保證水利水電工程的順利竣工及后期的正常運(yùn)行。