水利工程施工混凝土裂缝防治技术刍议

冯是明，邹福华

( 江西省水利水电建设有限公司，南昌330025)

0 引 言

混凝土作为水利工程中的一种重要建筑材料，混凝土结构作为水利工程中重要的组成部分，对于整个水利工程的质量控制起着至关重要的作用。而水利工程作为一项民生工程，对人民的生命财产也起着重要的作用，故混凝土结构的质量控制是整个施工控制中的重要环节。水利工程混凝土结构需要长期承受各种荷载的作用，不可避免的会产生裂缝、破损等情况。而混凝土结构中裂缝的存在和发展，破坏了水工建筑结构的整体性，导致水工建筑物内部钢筋锈蚀，从而降低该结构物的耐久性，并影响该结构物的正常使用，严重时甚至会危害人民的生命财产，故应采取必要的防治措施，将混凝土裂缝带来的影响减小到最少。

1 水利工程中混凝土结构裂缝的成因及分类

混凝土裂缝是水利工程结构物最常见的病害之一，对水工结构物的安全和耐久性造成很大的隐患，造成裂缝的原因有自身因素，也有外部因素。因此，根据裂缝生成的原因，可以将裂缝分为两大类。

1．1 混凝土自身因素引起的裂缝

1．1．1 沉缩裂缝

沉缩裂缝的产生主要是由于在混凝土配制过程中，配合比设计不合理，粗细骨料级配差，或者是用水量过大，构件厚度大并且振捣不均匀。因为上述原因使混凝体凝结过程缓慢，从而使比重大的粗骨料下沉，而比重小的水泥浆上浮。粗骨料在下沉的过程中被钢筋阻隔从而产生不均匀下沉，并最终使被阻隔部位出现裂缝。同时，水泥浆在上浮过程中，导致混凝土的收缩率增大，最终导致混凝土表面出现裂缝。这些裂缝一般产生在混凝土初凝后、终凝前，沉缩量一般为构件厚度的1%左右［1］。

1．1．2 收缩裂缝

混凝土在空气中硬化时常常因为干缩引起体积变形，这种变形在受到约束时会产生裂缝，这种裂缝称之为收缩裂缝，该裂缝的宽度有时会很大，严重时甚至会贯穿整个构件。故在配筋率较高的构件中，常常容易引起构件局部裂缝。另外新老混凝土的界面也容易产生收缩裂缝。

1．1．3 混凝土塑性坍落引起的裂缝

混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的几个小时内，在这段时间内，混凝土还处于塑性状态，当混凝土出现渗水现象时，混合料中的固体颗粒在重力作用下就有向下沉移并向上浮动的倾向。这种移动在受到钢筋骨架或者模板约束时，就容易在上部形成沿钢筋长度方向的裂缝。

1．2 外界因素引起的混凝土裂缝

1．2．1 温度变化引起的裂缝

大体积混凝土在硬化过程中，由于水化会产生大量的水化热，这些水化热如果不能及时散发，混凝土内部温度就会很快上升，使混凝土内外温差过大，从而产生温度应力，使混凝土产生形变，而混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉强度，故当混凝土的形变超过极限时就会产生裂缝。另外钢筋混凝士在受到外部因素影响比如阳光照射，大气温度变化等时冷热变化较大的时候，也会因为产生温度应力而发生形变，一旦这种形变达到极限就会马上产生裂缝。此外，混凝土在冬季施工或者蒸气养护时，如防护措施不当，骤冷骤热，也会因为内外温度不均而产生温度裂缝［2－3］。

1．2．2 沉陷裂缝

沉陷裂缝的产生主要是由于工程结构地基土质较差，比如土质不均匀或者土质松软，以及在回填土时没有压实，或是施工过程中浸水等原因，而使混凝土结构发生不均匀沉降而产生的。其次，在模板刚度不足，模板支撑的间距过大或者支撑底部松动的情况下，也会因为产生不均匀沉降而导致混凝土结构产生沉陷裂缝，特别是在冬季，模板是支撑在冻土上的，当冻土冻化后更容易产生不均匀沉降从而形成裂缝。此种裂缝走向与沉陷情况有关，一般与地面垂直或呈30° ～45°方向发展，较大的沉陷裂缝常有一定的错位，裂缝宽度大部分情况下与沉陷量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小，地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定［4－5］。

1．2．3 不利环境下钢筋锈蚀导致的裂缝

水利工程中的钢筋混凝土常常处于不利环境中，当混凝土密实性不够加之保护层厚度不足时，一旦环境中有氯化物浸入，氯化物中游离出来的氯离子就会与溶于水中的氧离子发生反应，并进一步与钢筋混凝土中的钢筋发生反应生成氧化铁，从而使钢筋生锈。因为新产生的氧化铁的体积比原来钢铁的体积要大得多，这时就会在混凝土内产生膨胀应力，从而挤压周边的混凝土，并最终产生裂缝。

2 水利工程施工中混凝土裂缝的防护措施

2．1 优化混凝土配合比设计，采用适当的原材料

针对混凝土自身因素产生的裂缝，可以考虑优化混凝土配合比设计，采用级配较好的骨料，将水灰比和水泥用量控制在规范允许的范围内( 表1) ，适当的添加粉煤灰改善混凝土的和易性，增加一定量的减水剂，保证泵送流动度，降低温升，减少收缩。

使用适当的原材料，尽量使用低热的水泥和粉煤灰，改善骨料级配，将砂料细度模数控制在＞2． 4，含泥量控制在＜1%。碎石针片状控制在＜10%，含泥量控制在＜1%，控制原材料的质量可以有效减少混凝土产生收缩。

表1 水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量［2］kg·(m3) －1

2．2 混凝土拌制控制

在施工前应进行原材料试拌，及时调整混凝土配合比，选择合适的天气浇筑混凝土，尽量不要在高温暴晒或者多风的天气施工，若需要在上述条件下施工，一定要采取相应的遮挡或保温措施。

2．3 混凝土施工过程控制

在施工过程中，针对混凝土有可能产生的各种不同裂缝，可以采取不同的方法进行预防。对于收缩裂缝，可以通过二次振捣来消除，经二次振捣过的混凝土，能较好地消除粗骨料及钢筋下面的水膜，从而可以起到消除沉缩量的作用;对于塑性收缩裂缝，可以进行二次压光的工艺，因为塑性收缩裂缝的产生是由混凝土表面水分散失引起的，故可先用机械抹光机进行大面积高强度的提浆抹光，然后用机械收光机进行收光，最后在混凝土终凝前再进行二次人工抹压收光。

2．4 其他措施

结合混凝土裂缝产生的其他因素，还可以考虑采取以下措施达到消除裂缝的目的:

1) 对于容易产生沉陷裂缝的松软土填土地基，在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固，应将模板支撑牢固，并使地基受力均匀，保证模板有足够的强度和刚度。

2) 拆模时间不能过早，并应注意拆模的次序。

3) 应在混凝土早期进行良好的养护和表面保护。

3 水利工程混凝土已有裂缝的修补措施

水利工程混凝土裂缝修补既要恢复水工混凝土的防水性和耐久性，又要考虑结构的安全性及美观性。鉴于上述原则，当前水工混凝土的修补方法主要有以下几种［6－7］。

3．1 表面修补法

表面修补法是最常见的也是最简单的一种修补方法，主要是用于对结构承载力没有明显影响的表面裂缝或深度裂缝的处理。该方法有两种处理方式:①涂覆裂缝部分。就是在裂缝的表面涂上一层水泥浆或者环氧胶泥;②全部涂覆。即在整个混凝土表面涂刷油漆或者沥青等防腐材料。同时为了防止混凝体在各种作用的影响下继续开裂，在实际施工中，通常会在裂缝表面粘贴玻璃丝布。

3．2 灌浆充填法

灌浆充填法主要适用于对整体结构有一定影响或者有防渗要求的混凝土裂缝的修补。该方法主要是利用压力设备将胶结材料注入混凝土裂缝中，包括压力注入法和真空吸入法。对于细而深的裂缝，通常沿裂缝处凿槽，然后在槽中加入水泥浆、环氧树脂、聚合物水泥浆等胶结材料，以达到封闭裂缝的目的。当需要修补的钢筋混凝土结构中的钢筋已经生锈时，需要将混凝土凿开一定深度，直到能够处理生锈的钢筋部分为止，然后除锈，最后再往槽中充填胶结材料。

3．3 结构加固法

当混凝土裂缝影响到整个结构的性能时，就不能简单地修补裂缝，而应考虑对混凝土结构进行加固处理。最近常用的碳纤维补强加固技术就是一种较好的方法，这种方法是利用高强高弹性模量的连续碳纤维用环氧树脂浸渍之后形成碳纤维增强复合片材，然后将该片材用专用的环氧树脂胶粘贴在混凝土表面裂缝处，固化后，该片材就和混凝土结构成为一体，从而降低了钢筋混凝土结构所受的应力，达到补强加固的效果。

3．4 混凝土置换法

当混凝土裂缝过大，受到严重损坏时，通常考虑采用混凝土置换法。该方法是将损坏的混凝土部分去掉，然后重新浇筑混凝土或者是其他胶结材料。

4 结 语

水工建筑构筑物中混凝土结构对于整个构筑物结构的安全和防渗起着重要的作用，因此，水工混凝土的质量至关重要，如何减少和控制水利工程中混凝土裂缝的产生和扩展，如何处理水利工程中已产生的混凝土裂缝，都是亟待解决的问题，这些问题的解决，对于提高水工混凝土质量，进而保证水工建筑物的安全具有重大的意义。

［1］苏成才．试论水利工程中钢筋混凝土桥梁的裂缝控制［J］．科技与生活，2011(13) :5 －7.

［2］SL/T 191—96 1997 水工混凝土结构设计规范［S］．

［3］马耀辉，李向东，熊复慧. 北部引嫩泄洪闸工程大体积混凝土温度监控［J］. 黑龙江大学工程学报，2012，3(02) :38 －41.

［4］GB 50204—2002 混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.

［5］丁琳，刘洪波，付伟庆，等. 不同掺量混凝土的早期强度试验研究及其强度预测［J］. 黑龙江大学工程学报，2011，2( 03) :138 －141.

［6］杨亚挺．水利工程混凝土裂缝防治施工技术与应用探析［J］．城市建设理论研究，2012(14) :22 －23.

［7］盛莉． 水利工程大体积混凝土裂缝的控制措施［J］． 吉林水利，2006(11) :49 －51.