水利水电工程中混凝土防裂缝施工技术

2023-01-08 10:09:26徐仁福五常市水土保持工作站
门窗 2022年7期
关键词:原材料水利水电部件

徐仁福 五常市水土保持工作站

1 前言

水利水电工程是与人们生产生活息息相关的工程,同时也直接关系到国民经济发展,因此水利水电工程对质量要求较高。但由于水利水电工程建筑规模大、结构复杂,且在进行混凝土施工作业时不能完全实现自动化作业,所以工程质量容易受种种不可控因素影响,从而出现裂缝等情况。裂缝一旦出现会影响工程整体的使用寿命,还会产生连锁反应使裂缝不断蔓延,给后续工程投入使用带来极大的安全隐患。

混凝土作为常态下水利水电工程中占比最高的建筑材料,务必在施工时严格按照国家操作标准执行,找到混凝土裂缝出现的原因,并针对性采用技术改善措施,确保水利水电工程顺利投入使用。

2 水利水电工程中混凝土裂缝的产生原因

2.1 施工现场温差过大

通过总结过去混凝土施工过程中出现的裂缝问题,发现客观物理因素对混凝土产生裂缝有较强的关联性,其中温度在混凝土成型过程中的影响较为明显。混凝土作为一种由水、砂石、水泥等材料组成的混合物,其凝固过程对于温度有一定的需求,而当前绝大部分混凝土建筑施工现场都在室外,缺乏温度控制设备,这也就放大了温度对混凝土成型的影响。

例如,在北方冬季,白天阳光强,温度较高,但夜晚温度骤降,经常达到零度以下。若混凝土建筑在白天完成了浇筑工作,但没有及时做好保温措施,到了夜晚尚未成型的混凝土材料直接暴露在零度以下气温中,内部的水分会急速冻结,一旦水凝结成冰,体积也会随之增大,容易在混凝土材料中产生一种“外胀力”,此时尚未完全成型的混凝土材料,若自身结构不足以抵抗这股外胀力,裂缝就随之产生。

另外,很多混凝土浇筑建筑的体积都比较大,内外凝固成型的速度与状况会拉开一定差异,当外部水分蒸发但内部还未凝固时,内部水分子通过摩擦会使内部材料温度上升,此时混凝土材料本身就会产生内外温差,在力学的复杂作用下导致两部分混凝土体积向相反方向变化,从而产生裂缝。

2.2 混凝土材料质量问题

相比于混凝土施工过程中外界不可抗力的影响,混凝土材料本身的质量对混凝土浇筑效果具有决定性的作用。混凝土材料中混合成分多,水泥、细砂等材料的颗粒度、湿度及不同材料成分间的比例都会对混凝土能否顺利成型带来影响。当混凝土材料中水泥比例较高时,该混合材料所浇灌出的混凝土建筑或部件的收缩性就更强,成型后的混凝土材料就有更高的塌陷风险,因而容易有更高的开裂趋向。

此外,混凝土中的水泥在水化过程中会产生热量,若混凝土本身的材料质量不过关,很容易在温度作用下给材料带来物理形变或化学性变,致混凝土浇筑完成后表面产生较大的拉应力,使混凝土建筑或者部件整体发生裂缝甚至坍塌。除原材料本身的出厂质量不合格导致的质量问题外,施工方购入原材料后的不当存放也会导致混凝土原料的质量下滑。如将原材料水泥砂石等直接暴露存放在施工现场室外环境中,或对库房内的防潮设施没有做到位等,都容易使原材料吸水变质。将变质材料混合成混凝土材料进行浇灌后,开裂的风险势必增大。

2.3 混凝土混合时发生特殊化学反应

混凝土材料虽然在广义上属于一种物理意义上的混合物,各种成分一般不会发生化学反应,材料具有稳定性。但当各种原材料与水混合后就会发生一系列化学反应,从而对混凝土材料的性质带来改变。例如将水泥、细砂、骨料等原材料混合后,由于不同成分的颗粒细度不同,混合物内部会存在很多空隙,且遇水后空隙中会充满碱性溶液。

这些碱性溶液与混凝土成分之一的骨料中的碳酸盐、硅酸盐等发生化学反应,并同时生成硅酸凝胶等聚合物,使得混凝土材料内部杂质增多,内部密度不均,干扰了的混凝土材料的正常凝固成型,也使得其更容易在各种外界压力下产生裂缝。因此在进行混凝土浇筑施工前,若出现了混凝土材料与水大面积接触的情况,就可能导致材料发生上述的化学反应。因此施工方应寻找合理的解决对策,做好原材料防水措施,提前预测可能发生的化学反应,或加入其他辅助材料减弱材料内部的化学反应强度,将化学反应带来的负面影响限制在可控范围之内。

2.4 施工工人操作不规范

温度、混凝土材料本身质量以及混凝土在混合时发生的化学反应这三种可能导致混凝土裂缝的原因,都可以归纳为外界客观因素,施工工人操作上的不规范所导致的裂缝则属于主观因素。部分施工单位为了节省人力成本,选择外包施工队进行混凝土浇筑作业,然而外包施工团队中工人的专业知识素养很难保证,个别工人对混凝土的混合、搅拌、浇筑等操作原理了解不多,也没有对混凝土浇筑过程中产生裂缝情况做好预防工作。工人专业知识的缺失以及对原理的不了解,导致在具体施工中过于教条或遵循经验主义,不能根据实际情况调整混凝土配比、浇筑速度、浇筑厚度等。

此外,施工前对于一线工人的培训不足也会导致后续作业中出现疏忽,从而导致混凝土建筑或部件产生裂缝。水利水电工程本就处于水环境中,裂缝问题会加速工程建筑机体的腐蚀速度,埋下渗漏隐患,给工程的总体施工质量带来负面效应。

3 避免水利水电工程中出现混凝土裂缝的措施

3.1 结合实际制定计划,预留施工备选项

针对上述总结的气候、温度等因素对混凝土成型带来的负面影响,施工方应首先在施工设计中就对施工实践做好提前设计,在开始施工前,充分调研考察施工工地,了解当地的季节气候、昼夜温差、降水量,在此基础上,设计出科学合理的解决对策。严格控制混凝土入模的温度条件,在一般环境下,冬季混凝土入模温度应在10℃以上,夏季混凝土入模温度应在25℃以下。当工期正值北方冬季且无法调整时,应考虑到低温甚至零下环境对混凝土成型的干扰,在浇灌混凝土前后做好保温措施,避免昼夜温差过大导致混凝土开裂情况。

此外,设计方案中也要对混凝土材料的配比做出明确规定,将设计方案细化到每种成分的参数,考虑混凝土材料在当地既有条件下的成型需求,对可能发生的化学和物理反应做出提前预支,减少不可控因素对施工的影响。

施工方在秉持科学有效的原则上,根据实际天气状况调整工作时间,切勿因赶工期而不顾恶劣天气,在雨雪天气中进行施工。只有制定出完善的施工方案,对总体施工细节做好顶层统筹设计,在后续的具体施工环节中才有据可依,作业才能有条不紊地进行。

3.2 优选材料加强检查,守住材料质量关

混凝土材料本身质量直接关系到混凝土成型后是否会产生裂缝,以及水利水电工程本身的使用持久性,因此在进行原材料购买或是选择原材料供应商时,应做到严格谨慎。例如在选择水泥时,需根据预算成本尽量选择水化过程中释放热量较少的水泥类型,将水化过程中带来的混凝土内外温差影响降到最低。同时也要尽可能选择细度较低的水泥材料,提高混凝土材料的强度。重点考察原材料的生产日期、保质期是否具有安全认证,且可以采样送检,使用技术手段选择更高性价比的原材料,在保证水利水电工程混凝土施工质量的同时获得更好的收益。

在进行原材料供应商招标时,负责招标的工作人员应做到客观公正,牢牢守住原材料的质量关,切勿收受好处为某家供应商企业“开后门”,从源头保证混凝土原材料的安全可靠。当完成原材料的准备工作后,要妥善储存原材料,禁止将原材料随意暴露在露天环境下,应选择避光干燥的库房存放,在库房内做好防潮设施,避免水泥等原材料受潮后影响正常使用。随时对原材料进行抽样检查展开全面检查。质量问题无小事,只有把控材料质量关,才能尽量降低混凝土出现裂缝的可能。

3.3 重视混凝土养护,提高建筑持久度

混凝土浇筑完成之后仍旧需要不断浇水保持混凝土的湿度与温度,为混凝土水化过程提供充足的水分需求,提高反应速率的同时,能够确保混凝土材料顺利成型。施工单位应组建一支专门团队,采用轮流倒班制度,24h不间断地对混凝土材料进行定时浇水养护。随时补充水分不仅能够催化水化反应,也能减小尚未成形的混凝土材料内外温差,降低结构表面的拉应力,避免产生裂缝。

另外,混凝土养护的方式方法也应根据施工地条件的不同作出针对性选择,合理选择保温保湿混凝土养护法或是薄膜浇水混凝土养护法等。只有重视起混凝土施工过程中的每个环节,才能形成混凝土建筑施工闭环,使施工建筑达到目标质量要求,为当地居民的生产生活带来切实福利。

3.4 注重施工人员培训,确保施工无误差

要想使混凝土浇筑施工工作顺利进行,不仅需要完备的顶层方案设计,对于参与到实际施工过程中的一线工人也应充分重视,最重要的就是确保工人具有扎实的施工专业知识,能够熟知施工操作技术原理,并对施工作业过程中发生的突发情况做到灵活面对。这就需要在招募施工人员时设置一定门槛要求,如考察工人对混凝土安定性施工裂缝的处理办法,以及混凝土浇筑施工熟练度等。组建一支具有较强专业知识的一线工人团队,走好混凝土施工作业的最后一公里。

此外,对于已组建的施工团队,施工方相关管理部门也应当定期对施工人员展开培训,包括安全知识培训以及专业知识能力培训等,不断提高工人的施工安全意识、责任意识和前沿施工作业技术,提高工程施工的安全性,减少不必要的受伤及损失,确保工程又快又好的完成。

4 水利水电工程中的混凝土裂缝修复施工技术

4.1 表面修复处理技术

表面修复处理技术是混凝土裂缝处理最常见、也是最简便的一种修复手段,操作技术难度低、速度快,适合对混凝土裂缝进行紧急处理,主要适用于裂缝只存在于混凝土部件表面,且对混凝土整体结构稳定性没有影响的情况下。

具体到实际的操作步骤,首先对需要处理的混凝土部件表面进行清理,并使用钢丝刷将表面打毛处理,增大表面摩擦力,有利于表面涂料长时间附着。打磨处理后需进行二次清洁,去除表面碎屑尘土,之后再涂抹表面修补剂,常见的有水泥、环氧胶泥、油漆、沥青等材料,修复细微裂纹的同时,也能起到一定的防水防腐作用。进行完表面修复处理后,为了进一步提高修复效果,一般还会在混凝土部件外表面粘贴玻璃纤维布等材料,加固表面,防止进一步开裂。

4.2 钢板粘贴加固技术

钢板粘贴加固技术顾名思义,即使用钢板或是刚用改性环氧树脂黏合剂等材料,粘贴到混凝土部件出现裂缝部位外表面,并使用黏合剂将钢板或混凝土部件两部分紧密结合,使钢板成为混凝土部件一部分共同工作,从而弥补混凝土部件由于出现裂缝导致的强度变低等问题,提高混凝土部件的使用寿命与安全系数。

一般来说,钢板粘贴加固技术适用于混凝土表面裂缝不深的情况下使用,且在进行钢板粘贴的施工前,要保证待处理的混凝土部件完全干燥凝固成型,需要对有裂缝情况的混凝土部件表面进行清洁、除锈前处理,之后再进行钢板或其他材料的粘贴,所粘贴的钢板或其他材料厚度控制在1mm~4mm 之间为宜。

4.3 修补剂注入修补技术

修补剂注入修补技术适用于混凝土裂缝宽度小、但深度大的情况,这种情况使用钢板加固法不能防止裂缝继续垂直加深,因此,选择合适的修补剂注入裂缝填补缝隙成为良好的选择。具体操作如下:首先需要将注入修补剂的管道安置在裂缝处,并将表面其他裂缝处提前封闭。之后选择低黏度环氧树脂作为修补材料注入裂缝内部,在注入时可根据裂缝的实际情况,选择手动注入法或是借助电动泵注入修补剂。如遇到裂缝较大或是已经影响到结构安全性时,注入修补剂填补混凝土裂缝后,还需要使用金属围套或者钢箍,套在受损混凝土部件的外部,避免修补剂注入后混凝土部件的二次损坏开裂。

5 结束语

综上所述,水利水电工程中的混凝土裂缝问题,主要可归纳为外界客观条件和主观施工操作两个维度,要避免混凝土出现裂缝情况,可以从以上两个维度入手,将可能影响工程质量的温度因素、材料因素、工人因素等逐个进行修正,使水利水电工程中的混凝土施工顺利有序地开展。

当混凝土部件已有裂缝问题时,需要停工整顿,切勿盲目追赶工期而错过了修复的最佳时机。总之,混凝土施工作为现下水利水电工程中最重要的施工项目之一,需要从项目施工设计者到一线施工工人都予以高度重视,保证水利水电工程的顺利竣工及后期的正常运行。

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