水工混凝土裂缝的成因与处理措施

偃师市水利局 崔军伟

水工混凝土裂缝的成因与处理措施

偃师市水利局 崔军伟

在许多现代水利工程建筑物中，大规模的钢筋混凝土得到了应用。然而由于混凝土本身为透水介质，又受到自身特性、施工工艺、外部环境等诸多因素的影响，混凝土裂缝已成为一个客观存在而又难以解决的问题。它对如重力坝、水闸、渡槽、涵洞等水利工程的正常运行产生了严重影响。因此，必须引起高度重视，积极采取措施加以预防和解决。

一、混凝土常见裂缝及预防措施

1.温度裂缝。大体积混凝土浇筑后，由于水泥水化使混凝土内部温度升高。当水化温度升至高峰后，由于外界环境温度较低，混凝土温度便开始下降，降温过程中混凝土发生收缩，当温降收缩变形大于混凝土极限拉伸变形时，混凝土发生裂缝，这种裂缝通常称为温度裂缝。混凝土遭受寒潮侵袭或阳光暴晒后发生的裂缝属此类裂缝。

常用的预防措施有：（1）选用低热或中热降的矿渣水泥、粉煤灰水泥。（2）减少水泥的用量，将水泥用量尽量控制在450kg/ m3以下。（3）降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。（4）改善骨料的级配，可采用二级配，同时掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热。（5）改善混凝土的搅拌工艺，采用“二次风冷”新工艺减低混凝土的浇筑温度。（6）尽量避免在极端天气下施工。（7）延长浇筑后混凝土的保温覆盖时间，一般不少于14天。

2.干缩裂缝。混凝土被置于未饱和的空气中，因自身水分散失，其自身体积会缩小变形。由于干缩扩散速度比温度扩散速度慢1000倍，混凝土表面已干缩，而其内部不缩，内部混凝土便对表面的混凝土起到约束作用，使混凝土表面产生干缩应力，当混凝土干缩应力大于抗拉强度时，混凝土就会产生干缩裂缝。

常用的预防措施有：（1）降低混凝土的单位用水量，选择适宜收缩量的水泥（收缩率大小：矿渣水泥＞普通水泥＞粉煤灰水泥）。（2）减少混凝土周围约束，如减少混凝土的分仓长度，使混凝土内部应力充分释放。（3）添加膨胀剂，使混凝土内部产生压应力，部分抵消混凝土干燥而产生的拉应力。（4）采用二次振捣法加强混凝土密实度，同时对混凝土表面进行大规模、高强度的二次抹压收光，提高混凝土的表面强度，防止表面水分散失。

3.钢筋锈蚀裂缝。当混凝土中钢筋发生锈蚀后，其锈蚀产生的体积比原来增大2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，当膨胀应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生钢筋锈蚀裂缝。

常用的预防措施有：（1）钢筋原材料和加工后的半成品要架空放置和加盖防水雨布，保护好钢筋表面的氧化膜。（2）钢筋安装前，其表面必须洁净、无污物，对已发生锈蚀的部位，必须用钢丝刷和纱布打磨干净。（3）降低混凝土的水灰比和增加混凝土的和易性。（4）振捣混凝土时，做到不漏振、不过振，以提高混凝土的致密性，减缓混凝土的碳化速度，使钢筋有足够长的时间不接触空气。

4.碱骨料反应裂缝。碱骨料反应是指混凝土空隙中水泥的碱性溶液与活性骨料（SiO2）反应，生成碱——硅酸凝胶。它吸水性很强，当反应物增加到一定数量，且有足够的水时，就会在混凝土中产生膨胀作用，导致混凝土产生裂缝。

常用的预防措施有：（1）选择优质的骨料，砂料细度模数控制在2.4以上，含泥量控制在1%以内，碎石针片状控制在10%以内，同时选择低含碱量的水泥，加强水泥与骨料的胶结。（2）该种裂缝与钢筋的限制有关，因此混凝土内要合理布筋，要控制钢筋的应力不过高，直径不过粗，设置构造钢筋收缩裂缝分布均匀。

此外，混凝土裂缝还表现有超载裂缝、地基不均匀沉陷裂缝、地基冻胀裂缝等。

二、水工混凝土裂缝的处理措施

处理措施要根据裂缝的实际情况具体对待。对于死缝可以用刚性材料填充修补；对于活缝采用弹性材料修补；对于增长缝必须消除引发裂缝的因素。裂缝修补除了要恢复防水性和耐久性以外，还要兼顾安全性和美观。当前常用的修补方法主要有以下3种。

1.充填法。适用宽度大于0.5mm的缝隙，施工时沿裂缝凿成U形或V形槽，槽顶宽10cm，然后往槽中填充密封材料。通常选用按环氧树脂∶聚硫橡胶∶水泥∶砂等于10∶3∶12.5∶28的比例制成的环氧树脂砂浆。要注意从砂浆开始拌和到嵌入裂缝，必须在半小时内完成，同时要及时用毛毡、麻袋将嵌缝砂浆进行覆盖，待完全初凝后，开始洒水养护。如果混凝土中的钢筋已经锈蚀，则在嵌缝前应将混凝土凿到能够处理已经生锈钢筋的部位，将钢筋除锈，然后再充填嵌缝砂浆。

2.注入法。注入法可分为压力注浆法（灌浆法）和真空吸入法两种。注浆法使用于0.2mm～0.3mm的裂缝；真空吸入法则是利用真空泵使裂缝内形成真空，将浆材注入缝内，该法使用于各种表面裂缝的修补。注浆材料有水泥浆材、普通环氧浆材、弹性聚氨酯浆材、水溶性聚氨酯浆材等。施工时为确保浆液充满裂缝，通常用到二次注浆法。

3.表面覆盖法。一般适用于宽度为0.2mm以下的裂缝修补，可分为涂覆裂缝部分和全部涂覆两种。根据建筑物所处的环境不同，通常可采用的材料有弹性涂膜防水材料，聚合物水泥膏，聚合物薄膜等。施工时用钢刷将混凝土表面打毛，清除表面附着物，用水冲洗干净后充分晾干，然后用树脂充填混凝土表面气孔，再用修补材料涂覆表面。此种方法缺点是无法深入裂缝内部，对延伸裂缝难以追踪其变化。

另外根据工程的具体情况，还用到的修补方法有：结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法等。