水工混凝土裂缝的预防与处理

陶良定

水工混凝土裂缝的预防与处理

陶良定

一、概述

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质的多项复合性材料，由于混凝土施工及本身变形和约束等一系列问题，使混凝土会产生裂缝。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土结构的承重、防渗及其他功能不产生危害。但是受到荷载、温差等作用后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成肉眼可见的宏观裂缝。裂缝是水利工程中常见的工程病害，轻者使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值等；严重的将直接威胁到人民的生命、财产安全。因此对混凝土裂缝的控制是水利工程建设需重点关注的问题。

在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只要采取有效的措施，将其危害程度控制在一定范围之内，对水工建筑物安全不会产生不良影响。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使混凝土结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。

二、水工混凝土裂缝产生的因素

混凝土裂缝按产生的原因可划分为：由外荷载（包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载）引起的裂缝；由变形（包括温度、湿度变形，不均匀沉降等）引起的裂缝；由施工操作（如制作、脱模、养护、堆放、运输、吊装等）引起的裂缝。按裂缝的方向、形式可划分为：水平裂缝、垂直裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝以及放射状裂缝等。按裂缝深度可划分为：贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。

水工建筑物产生裂缝因素主要有以下几种：

（1）大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内外温差较大，使混凝土的形变超过极限引起裂缝。

（2）混凝土在硬化的过程中，由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝，这种裂缝的宽度有时会很大，甚至会贯穿整个构件。

（3）在厚度较大的构件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂缝。

（4）当有约束时，混凝土热胀冷缩产生体积胀缩，受约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度低，容易被温度引起的拉应力拉裂，从而产生温度裂缝，由于太阳暴晒产生裂缝也是工程中最常见的现象。

（5）混凝土加水拌合后，水泥中的碱性物质与活性骨料中活性氧化硅等起反应，析出胶状碱，从四周介质中吸水膨胀，体积增大三倍，从而使混凝土胀裂产生裂缝。

（6）在炎热的大风天气，混凝土表面蒸发较快，造成混凝土内部水化热过高，在混凝土浇筑数小时后仍处于塑性状态，易产生塑性收缩裂缝。

（7）构件超载产生的裂缝，例如：构件在超出设计的均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝，构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向上下延伸。

（8）当构件的基础出现不均匀沉陷，就有可能会产生裂缝。随着沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大；贯穿性裂缝是最危险的，表面裂缝有一定的危害性，而局部发丝裂缝危害性较小。

三、水工混凝土裂缝的预防措施

水工混凝土裂缝产生的因素主要有8项，针对上述情况结合实际采取的主要预防措施有以下几种：

（1）设置必要的变形缝。如2010年10月份实施的淠史杭灌区淠东干渠石集分干渠除险加固工程，寿县安丰镇老岗头段护坡原设计伸缩缝间距为10m，施工过程中结合实际调整增设了5m间距的变形缝，确保了工程安全运行至今。

（2）施工时要严格控制混凝土配合比，计量要准确，坍落度抽检要及时，施工过程中要督促监理单位及时做到平行检测和跟踪检测。

（3）混凝土振捣要密实，拆模后要挂草帘或铺草浇水养护保湿。混凝土的养护不仅对防止早期表面裂缝很重要，对混凝土后期强度的发展、混凝土的进一步成熟和耐久性等也同样重要。

（4）施工过程中应注意观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况，不能漏振、过振。如2015年寿县小型水库除险加固工程三觉镇小（二）型水库青年塘水库进水闸胸墙混凝土浇筑过程中，由于振捣不密实，拆模后混凝土表面出现蜂窝、细微裂缝。

（5）配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥，如硅酸盐水泥或普通硅酸水泥、矿渣水泥，同时要采用塑料薄膜和草袋覆盖，以确保混凝土内外温差小于25℃。

（6）控制外加剂的品种和掺量，确保混凝土收缩与膨胀相抵销。根据多年从事水利工程建设管理的经验，如冬季施工中为提高混凝土的抗冻性及和易性，施工单位在混凝土的拌制过程中经常添加食盐或防冻剂等，这些添加剂的使用一定要严格控制掺加量。

（7）对泵送混凝土，则要在满足其可泵性、和易性的前提下，尽量减小出机时的坍落度，降低砂率，并严格控制骨料的含泥量。

通过实践证明，采用上述措施后，可预防并大大减少混凝土裂缝的出现。

四、水工混凝土裂缝的处理方法

（1）开槽凿除法修补裂缝。如2015年寿县小型水库除险加固工程三觉镇小（二）型水库青年塘水库进水闸混凝土胸墙的蜂窝及表面裂缝，就是采用开槽凿除法进行处理的。开槽法适用于宽度大于0.3mm的混凝土裂缝修补，按照环氧树脂∶聚硫橡胶∶水泥∶砂=10∶3∶12.5∶28的比例进行处理。具体的处理步骤是，首先用人工将晒干筛后的砂、水泥按比例配好搅拌均匀后，将环氧树脂、聚硫橡胶也按配比拌匀，然后掺入已拌好的砂、水泥当中，再用人工继续搅拌。最后用少量的丙酮将已拌好的砂浆稀释到适中稠度（约0.2kg丙酮就可以了），及时将已拌好的改性环氧树脂砂浆用橡胶桶装到已凿好洗净吹干后的混凝土凿槽内进行嵌入。从砂浆开始拌和到嵌入混凝土缝槽内，一组砂浆的整个施工过程需要30min左右时间完成。嵌入后的砂浆养护即砂浆嵌入缝槽内处理好后2h以内及时用毛毡、麻袋将聚硫橡胶改性环氧树脂砂浆进行覆盖，待完全初凝后，开始用水养护。

（2）低压注浆法修补裂缝。如2009年11月淠史杭灌区瓦西干渠寿县段除险加固工程，部分堤段护坡因不均匀沉降出现的裂缝，就是采用低压注浆法进行处理的。低压注浆法适用于宽度为0.2～0.3mm的混凝土裂缝修补。修补工序如下：裂缝清理→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。

当裂缝数量较多时，先要在裂缝位置上贴医用白胶布，再用窄毛刷沾浆沿裂缝方向来回涂刷封裂，使裂缝封闭大约10min后，揭去胶布条，露出小缝，粘贴注浆嘴用键包严。固化后周边可能有裂口，必须反复用浆补上，以避免注浆漏浆注浆操作一般在粘嘴的第二天进行，或气温高的话，半天就可注浆。操作时先用补缝器吸取注浆液，插入注浆嘴，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆嘴压入裂缝，当相邻的嘴中流出浆液时，就可拔出补缝器，堵上铝铆钉。一般由上往下注浆水平缝一般从一端到另一端逐个注浆。为了保证浆液充满，可以在注浆后30min对每个注浆嘴再次补浆。

除以上两种常用混凝土裂缝修补法外，还有表面覆盖法、结构加固法、混凝土置换法等修补方法，要根据工程具体情况选用合适的混凝土裂缝修补方法

（作者单位：寿县水务局瓦西分局232263）