水工混凝土裂縫的預防與處理

陶良定

水工混凝土裂縫的預防與處理

陶良定

一、概述

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質的多項復合性材料，由于混凝土施工及本身變形和約束等一系列問題，使混凝土會產生裂縫。微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土結構的承重、防滲及其他功能不產生危害。但是受到荷載、溫差等作用后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成肉眼可見的宏觀裂縫。裂縫是水利工程中常見的工程病害，輕者使混凝土內部的鋼筋材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土結構的承載力、耐久性、使用價值等；嚴重的將直接威脅到人民的生命、財產安全。因此對混凝土裂縫的控制是水利工程建設需重點關注的問題。

在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，在一定的范圍內也是可以接受的，只要采取有效的措施，將其危害程度控制在一定范圍之內，對水工建筑物安全不會產生不良影響。鋼筋混凝土規范也明確規定：有些結構在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應盡量采取有效措施控制裂縫產生，使混凝土結構盡可能不出現裂縫或盡量減少裂縫的寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現，從而確保工程質量。

二、水工混凝土裂縫產生的因素

混凝土裂縫按產生的原因可劃分為：由外荷載（包括施工和使用階段的靜荷載、動荷載）引起的裂縫；由變形（包括溫度、濕度變形，不均勻沉降等）引起的裂縫；由施工操作（如制作、脫模、養護、堆放、運輸、吊裝等）引起的裂縫。按裂縫的方向、形式可劃分為：水平裂縫、垂直裂縫、橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫以及放射狀裂縫等。按裂縫深度可劃分為：貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。

水工建筑物產生裂縫因素主要有以下幾種：

（1）大體積混凝土水化時產生的大量水化熱得不到散發，導致混凝土內外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫。

（2）混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時產生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至會貫穿整個構件。

（3）在厚度較大的構件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。

（4）當有約束時，混凝土熱脹冷縮產生體積脹縮，受約束力的限制，在內部產生了溫度應力，由于混凝土抗拉強度低，容易被溫度引起的拉應力拉裂，從而產生溫度裂縫，由于太陽暴曬產生裂縫也是工程中最常見的現象。

（5）混凝土加水拌合后，水泥中的堿性物質與活性骨料中活性氧化硅等起反應，析出膠狀堿，從四周介質中吸水膨脹，體積增大三倍，從而使混凝土脹裂產生裂縫。

（6）在炎熱的大風天氣，混凝土表面蒸發較快，造成混凝土內部水化熱過高，在混凝土澆筑數小時后仍處于塑性狀態，易產生塑性收縮裂縫。

（7）構件超載產生的裂縫，例如：構件在超出設計的均布荷載或集中荷載作用下產生內力彎矩，出現垂直于構件縱軸的裂縫，構件在較大剪力作用下，產生斜裂縫，并向上下延伸。

（8）當構件的基礎出現不均勻沉陷，就有可能會產生裂縫。隨著沉陷的進一步發展，裂縫會進一步擴大；貫穿性裂縫是最危險的，表面裂縫有一定的危害性，而局部發絲裂縫危害性較小。

三、水工混凝土裂縫的預防措施

水工混凝土裂縫產生的因素主要有8項，針對上述情況結合實際采取的主要預防措施有以下幾種：

（1）設置必要的變形縫。如2010年10月份實施的淠史杭灌區淠東干渠石集分干渠除險加固工程，壽縣安豐鎮老崗頭段護坡原設計伸縮縫間距為10m，施工過程中結合實際調整增設了5m間距的變形縫，確保了工程安全運行至今。

（2）施工時要嚴格控制混凝土配合比，計量要準確，坍落度抽檢要及時，施工過程中要督促監理單位及時做到平行檢測和跟蹤檢測。

（3）混凝土振搗要密實，拆模后要掛草簾或鋪草澆水養護保濕。混凝土的養護不僅對防止早期表面裂縫很重要，對混凝土后期強度的發展、混凝土的進一步成熟和耐久性等也同樣重要。

（4）施工過程中應注意觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實情況，不能漏振、過振。如2015年壽縣小型水庫除險加固工程三覺鎮小（二）型水庫青年塘水庫進水閘胸墻混凝土澆筑過程中，由于振搗不密實，拆模后混凝土表面出現蜂窩、細微裂縫。

（5）配置大體積混凝土宜使用低水化熱水泥，如硅酸鹽水泥或普通硅酸水泥、礦渣水泥，同時要采用塑料薄膜和草袋覆蓋，以確保混凝土內外溫差小于25℃。

（6）控制外加劑的品種和摻量，確保混凝土收縮與膨脹相抵銷。根據多年從事水利工程建設管理的經驗，如冬季施工中為提高混凝土的抗凍性及和易性，施工單位在混凝土的拌制過程中經常添加食鹽或防凍劑等，這些添加劑的使用一定要嚴格控制摻加量。

（7）對泵送混凝土，則要在滿足其可泵性、和易性的前提下，盡量減小出機時的坍落度，降低砂率，并嚴格控制骨料的含泥量。

通過實踐證明，采用上述措施后，可預防并大大減少混凝土裂縫的出現。

四、水工混凝土裂縫的處理方法

（1）開槽鑿除法修補裂縫。如2015年壽縣小型水庫除險加固工程三覺鎮小（二）型水庫青年塘水庫進水閘混凝土胸墻的蜂窩及表面裂縫，就是采用開槽鑿除法進行處理的。開槽法適用于寬度大于0.3mm的混凝土裂縫修補，按照環氧樹脂∶聚硫橡膠∶水泥∶砂=10∶3∶12.5∶28的比例進行處理。具體的處理步驟是，首先用人工將曬干篩后的砂、水泥按比例配好攪拌均勻后，將環氧樹脂、聚硫橡膠也按配比拌勻，然后摻入已拌好的砂、水泥當中，再用人工繼續攪拌。最后用少量的丙酮將已拌好的砂漿稀釋到適中稠度（約0.2kg丙酮就可以了），及時將已拌好的改性環氧樹脂砂漿用橡膠桶裝到已鑿好洗凈吹干后的混凝土鑿槽內進行嵌入。從砂漿開始拌和到嵌入混凝土縫槽內，一組砂漿的整個施工過程需要30min左右時間完成。嵌入后的砂漿養護即砂漿嵌入縫槽內處理好后2h以內及時用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環氧樹脂砂漿進行覆蓋，待完全初凝后，開始用水養護。

（2）低壓注漿法修補裂縫。如2009年11月淠史杭灌區瓦西干渠壽縣段除險加固工程，部分堤段護坡因不均勻沉降出現的裂縫，就是采用低壓注漿法進行處理的。低壓注漿法適用于寬度為0.2～0.3mm的混凝土裂縫修補。修補工序如下：裂縫清理→試漏→配制注漿液→壓力注漿→二次注漿→清理表面。

當裂縫數量較多時，先要在裂縫位置上貼醫用白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫方向來回涂刷封裂，使裂縫封閉大約10min后，揭去膠布條，露出小縫，粘貼注漿嘴用鍵包嚴。固化后周邊可能有裂口，必須反復用漿補上，以避免注漿漏漿注漿操作一般在粘嘴的第二天進行，或氣溫高的話，半天就可注漿。操作時先用補縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動補縫器活塞，使漿液通過注漿嘴壓入裂縫，當相鄰的嘴中流出漿液時，就可拔出補縫器，堵上鋁鉚釘。一般由上往下注漿水平縫一般從一端到另一端逐個注漿。為了保證漿液充滿，可以在注漿后30min對每個注漿嘴再次補漿。

除以上兩種常用混凝土裂縫修補法外，還有表面覆蓋法、結構加固法、混凝土置換法等修補方法，要根據工程具體情況選用合適的混凝土裂縫修補方法

（作者單位：壽縣水務局瓦西分局232263）