水利工程大體積混凝土裂縫分析與處理措施

鄧志國

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司，沈陽110003)

1 大體積混凝土裂縫成因

1.1 混凝土收縮產(chǎn)生裂縫

混凝土自身收縮性是混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因，混凝土澆筑完成后，在養(yǎng)護(hù)過程中，混凝土拌和物中的水分是產(chǎn)生蒸發(fā)，外部的收縮速度大于內(nèi)部的收縮速度，這樣混凝土里外的收縮速度不同，當(dāng)收縮應(yīng)力比混凝土自身的抗拉力強(qiáng)時(shí)，就會形成裂縫，裂縫出現(xiàn)后，混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)速度加快，隨著裂縫增大，也就是收縮變形加快，特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成后更是如此，混凝土一旦因?yàn)槭湛s產(chǎn)生裂縫，常常會伴隨著建筑工程開裂，嚴(yán)重者甚至變形、坍塌［1］。

1.2 混凝土溫度差產(chǎn)生裂縫

混凝土是一種由砂石、骨料、水泥、水及其它外加材料混合而成的非均質(zhì)脆性材料，其中在水化過程中，水泥膠凝材料和其它材料因?yàn)榘l(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生部分熱量，其產(chǎn)生的熱量數(shù)值可達(dá)到500W/g，但是因?yàn)榇篌w積混凝土體積較大，大多數(shù)熱量的散失會明顯減慢，致使混凝土拌和物產(chǎn)生的熱量大部分存在了混凝土的內(nèi)部，混凝土內(nèi)部溫度會明顯增大。因此混凝土表面和內(nèi)部形成較大的溫差，這樣混凝土結(jié)構(gòu)就可能出現(xiàn)變形開裂，因?yàn)闇囟茸冃萎a(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土本身的抗拉強(qiáng)度能力，就會出現(xiàn)溫度裂縫［2］。

1.3 混凝土荷載產(chǎn)生裂縫

大體積混凝土在不同次應(yīng)力和狀態(tài)荷載的影響下，極易產(chǎn)生直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫，隨著水利工程混凝土體積的增大，構(gòu)件在受拉區(qū)、受剪區(qū)域、振動區(qū)域位置，構(gòu)件容易出現(xiàn)明顯破壞。水利工程的鋼筋混凝土位于不利的環(huán)境之中，由于產(chǎn)生裂縫較多，氯離子和陽離子就會通過裂縫直接導(dǎo)致鋼筋生銹，形成氧化鐵。膨脹面積加大，擠壓周圍混凝土，造成順筋裂縫，進(jìn)一步增加銹蝕程度，造成惡性循環(huán)，最終對水利工程的耐久性產(chǎn)生重大影響。

1.4 其它因素產(chǎn)生裂縫

混凝土在施工過程中，形成裂縫原因眾多，另外還有以下幾個(gè)主要因素，混凝土施工配合比不合理，關(guān)鍵是水灰比過大都會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。另外混凝土配合材料選擇不恰當(dāng)，不同的水泥收縮性能不同，未充分考慮水泥的收縮性，混凝土就可能產(chǎn)生裂縫。如果在施工過程中，養(yǎng)護(hù)不規(guī)范，振搗不充分，模具拆除過早，也容易產(chǎn)生混凝土裂縫。

2 大體積混凝土裂縫控制措施

2.1 優(yōu)化混凝土配合比

優(yōu)化混凝土配合比，首先骨料要選用優(yōu)質(zhì)骨料，嚴(yán)格控制原材料中砂石的質(zhì)量，降低水灰比，并在混凝土中摻入粉煤灰和外加劑，以降低混凝土中膠凝材料的用量，減少水化熱，從而可以降低混凝土所受的拉應(yīng)力。

2.1.1 優(yōu)化選擇水泥品種

水泥品種控制的好與壞，是混凝土裂縫產(chǎn)生的直接原因，水化熱大的水泥對大體積混凝土極為不利，因此施工中應(yīng)選擇低熱或者中熱的水泥能夠適當(dāng)?shù)囟糁扑嗟乃饔茫瑥墓こ套畛醯臓顟B(tài)，就降低水泥初期的水化放熱量，進(jìn)而降低混凝土內(nèi)部溫度的上升。

2.1.2 外加劑的選擇控制

大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)水利工程實(shí)際需要，在混凝土中適量摻加粉煤灰，能夠明顯地改善混凝土的特性，并且適當(dāng)?shù)販p少水泥用量，這樣水化反應(yīng)會明顯減小。另外，還可以摻加適量的減水劑，增大混凝土的流動性，減少水泥用量，可有效控制水泥的水化熱，這種情況可以大大地減少大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。

2.2 完善施工工藝

為了降低混凝土內(nèi)部的溫度，在水利工程大體積混凝土施工過程中，溫度控制的好與壞，對混凝土裂縫的產(chǎn)生起到了最直接的作用，因此防止混凝土凝固過程中裂縫的產(chǎn)生，必須控制混凝土內(nèi)部和外部的溫度。大體積混凝土采用分層澆筑，每層混凝土不能過高過厚，以利于混凝土散熱。同時(shí)可以在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，通過混凝土內(nèi)部的冷卻水管，由于冷水的循環(huán)，加大熱量散失的速度，最大限度地帶走混凝土內(nèi)部的熱量，降低混凝土的溫度上升的速度。

2.3 加強(qiáng)施工組織管理

水利工程大體積混凝土施工過程中，要嚴(yán)格控制施工過程中每個(gè)環(huán)節(jié)，安排好相應(yīng)工序的銜接，防止人為造成的施工冷縫，應(yīng)積極采用新技術(shù)，新材料和新工藝的應(yīng)用，從施工個(gè)個(gè)方面進(jìn)行控制，以確保大體積混凝土的質(zhì)量。

3 大體積混凝土裂縫處理方法

3.1 表面修補(bǔ)裂縫

對于水利工程大體積混凝土細(xì)微裂縫，較小的裂縫或者不再發(fā)育的裂縫，通常可以采取表面處理法進(jìn)行修補(bǔ)，表面修補(bǔ)法通常采用彈性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。首先用工具將混凝土表面打毛，出現(xiàn)毛刺，用風(fēng)筒吹干雜物，用清水沖洗干凈，風(fēng)干，再用修補(bǔ)材料涂覆表面。

3.2 填充修補(bǔ)法

對于水利工程大體積混凝土發(fā)育相對較寬的裂縫，使用灌漿法不能修補(bǔ)的裂縫，均可以使用填充修補(bǔ)法進(jìn)行處理，這種方法，經(jīng)濟(jì)實(shí)在，操作簡單。

3.3 灌漿處理法

對于水利工程大體積混凝土發(fā)育較大的裂縫，首先把裂縫處鑿開打成5 cm ×5 cm的槽，并在槽上罩上Φ100 的半邊鋼管，鋼管兩邊在混凝土澆筑前提前24 h敷設(shè)砂漿，并在兩端引出兩根DN32 的灌漿管，騎縫布置雙層并縫鋼筋，主筋為Φ16 ×2 m@150，付筋為Φ16@250。灌漿在條件具備后開始進(jìn)行，灌漿漿液為漿液比為5:1 ～0.5:1 的純水泥漿。

3.4 鑿除處理法

對于水利工程大體積混凝土，尤其混凝土重力壩出現(xiàn)縱向裂縫，必須考慮水庫大壩的揚(yáng)壓力，此處混凝土裂縫必須進(jìn)行鑿除處理，搭設(shè)錨筋，重新優(yōu)化混凝土配合比，重新進(jìn)行澆筑，為保證補(bǔ)澆塊和原澆筑塊的整體性，在鑿除部位布設(shè)水泥砂漿錨筋，錨筋為螺紋鋼長1.6 m，梅花型布置，間排距1m×1 m，鋼筋頭到模板預(yù)留10 cm保護(hù)層，錨筋插入前應(yīng)先將錨筋孔注滿水泥砂漿，再植入錨筋，確保錨筋與砂漿結(jié)合緊密。水泥采用普通水泥，砂采用細(xì)砂，這樣從根本上把裂縫消除掉，最終保證大壩的整體安全。

4 結(jié) 語

通過對水利工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，采取通用的、合理的、有針對性的控制措施，可以使混凝土的裂縫減少到一定的范圍。由于混凝土裂縫產(chǎn)生的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，要做到完全避免裂縫的產(chǎn)生還有一定的難度，仍需要大量的相關(guān)研究、探索和付諸予以實(shí)踐。

［1］王韻英. 談如何降低大體積混凝土有害裂縫的出現(xiàn)率［J］. 山西建筑，2014，40(07):101－102.

［2］李瑞堯. 淺淡大體積混凝土的裂縫控制［J］. 中國科技信息，2014(05):20－22.