水利工程中混凝土結構裂縫處理方法及預防措施

□陳美奇（九江市水利科學研究所）

?

水利工程中混凝土結構裂縫處理方法及預防措施

□陳美奇（九江市水利科學研究所）

摘要：裂縫是水工混凝土中最常見的缺陷之一,在水利工程施工過程中，各種各樣的因素都會引起混凝土結構產生裂縫,裂縫不斷擴展就會危及整個結構的安全使用性。文章主要針對水利工程中混凝土結構裂縫處理方法及預防措施展開了探討，對水利工程中混凝土結構裂縫產生的基本理論作了說明，并給出了一系列水利工程中混凝土結構裂縫處理方法及預防措施，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：水利工程；混凝土結構；裂縫處理；預防措施

0引言

水利工程建設中保證結構質量是第一要務，工程建設中以混凝土結構為主，因而，確保混凝土質量和控制混凝土裂縫的生成和擴張就顯得尤為重要。但是由于混凝土本身的問題，其極容易產生裂縫等問題，需要施工方及時的采取措施做好裂縫的處理。基于此，文章就水利工程中混凝土結構裂縫處理方法及預防措施進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1結構裂縫的概述

1.1水利混凝土結構基本特征

1.1.1結構的材料方面

混凝土使用的是脆性材料，這種材料的特點是具有較強的抗壓能力，但是這種材料所能承受的抗拉強度較低，材料的變形性能較差。

1.1.2結構的拉應力方面

大體積混凝土結構是在水利工程中比較常見的一種建筑結構，大體積混凝土結構的斷面尺寸要求比較大，在其澆筑過程中，水泥與水化合釋放能量使得混凝土結構的內部溫度逐漸升高，等到澆筑完成，由于混凝土結構內部仍然處于高溫狀態，此時混凝土的MPa小,而隨著時間的增長而增加的變形變大。但是隨著時間的不斷推移，混凝土結構的內部溫度會逐漸下降，MPa就會變大，相反的變形程度就會變小，在同時受到內部與外部環境約束下，混凝土結構的拉應力就會變大。

1.1.3材料的抗拉能力方面

大體積混凝土結構的配筋率通常較低，如果結構中產生拉應力，則幾乎是由混凝土自身進行承受，其承受的抗拉強度很低。

1.1.4受環境因素制約方面

大體積混凝土通常是存放在室外，在整個澆筑和形成過程中都會接觸到空氣、雨水等，結構的表面難免會發生腐蝕現象，其中對結構應力影響較大的因素是氣溫，因此，在混凝土成形階段要做好結構表面的保護措施。

1.2混凝土結構裂縫的簡述

混凝土的開裂現象其實是先由微觀裂縫逐漸演變成宏觀裂縫的，其裂縫種類有很多，文章只是闡述其中一種裂縫形式。微觀裂縫和宏觀裂縫是按照混凝土的裂縫寬度差異進行劃分的，所謂的微觀裂縫，主要是指人類肉眼很難或根本無法看出來的極細小裂縫。其中，微觀裂縫又可以分為骨料裂縫、水泥裂縫以及黏著裂縫這三類。宏觀裂縫是指混凝土的裂縫寬度在0.05 mm以上，宏觀裂縫是由微觀裂縫逐漸擴大造成的。宏觀裂縫可根據開裂程度分為結構表面裂縫、結構深層裂縫以及貫穿性裂縫三類。

1.3混凝土裂縫的演變過程

混凝土結構在澆筑時就存在著許多微小的裂縫，這些微小裂縫的存在是不可避免的，對整體的結構功能不產生重大影響。但是由于不斷受到外界環境因素的影響，微小裂縫會逐漸增多，裂縫寬度也會逐漸擴大，最后演變成宏觀裂縫，嚴重影響整體結構的穩定性。裂縫的演變過程大致可分為3個階段，具體如圖1所示。

1.3.1裂縫穩定階段Ⅰ

這一階段屬于初始階段，在初始階段下部分微小裂縫由于在尖端集中受到應力的作用而發生輕微擴張的現象，但從總體看，這些微小裂縫對結構的穩定不會構成很大的威脅。

圖1　裂縫演變過程圖

1.3.2微裂縫發展階段Ⅱ

混凝土結構成型后會受到眾多外界因素的影響，微小裂縫開裂程度開始加大，裂縫發生變形的情況逐漸增多。

1.3.3裂縫不穩定發展階段Ⅲ

這一時期的粗骨料界面的裂縫驟然加寬，并且裂縫逐漸連通，開始出現宏觀裂縫，在這種情況下即便應力不變，也無法阻止裂縫的不斷增長，最終會由于裂縫的擴張加大而導致結構失穩直至斷裂損壞。

1.4混凝土結構產生裂縫的原因

導致混凝土結構發生裂縫現象的原因是非常復雜的，根據目前的理論研究，可將其分為由外力荷載造成的裂縫與非荷載因素造成的裂縫這兩種。

2結構裂縫的修補方法與預防措施

混凝土結構產生裂縫現象，簡單來說就是混凝土結構的抗裂能力和引起結構裂縫擴張的破壞力兩者的關系問題，結構的抗裂能力用Rt、εc來表示，破壞力用P來表示，抗裂安全系數則用K來表示。當K=Rt/P＜1.30或εc＜εp時，混凝土結構存在安全隱患，危險系數較大，混凝土結構會產生開裂；當K=Rt/P≥1.80或εc≥εp時，混凝土結構整體是安全穩定的，混凝土結構基本不開裂。

2.1結構裂縫修補方法

根據施工技術的規定，處于第一、第二、第三類建筑防水條件情況下，如果混凝土結構的裂縫跨度>0.10 mm則需要及時采取應對措施進行修補。目前主要的修補方法有結構表面修補法、內部填充法、結構補強法和灌漿法。

2.1.1結構表面修補法

包括表面涂抹與貼補，這種修補方法只能在結構裂縫寬度<0.20 mm或裂縫仍在擴張階段時使用。其中表面涂抹則是用于處理那些細長的裂縫，由于無法用漿液灌注，所以只能采用比例1∶1至1∶1.20的砂漿液或者是環氧厚漿對結構裂縫的表面進行涂抹。而那些裂縫已經發育、發生大面積漏水的地方只能采用貼補方法，即在裂縫口貼上具體材料來封閉裂縫、防止滲透。

2.1.2內部填充法

適用于當裂縫寬度>0.30 mm的情況，將相應材料填充到裂縫之中。有些裂縫很難用灌漿的方法進行修補，此時可以選用U形或者V形槽法來進行填充處理，具體如圖2所示。所需的填充材料會因為裂縫的不同位置而發生不同，例如，裂縫槽內潮濕但沒有流水的情況下，可以選用水泥砂漿液來填充；裂縫槽內干燥則可以選用普通的砂漿或者環氧砂漿來填充。

圖2　 U形與V形槽法圖

2.1.3結構補強法

如果裂縫是由于外界荷載所引起的，可以選用結構補強法來修補，達到阻止混凝土耐久性持續下降的目的。目前主要采用的是玻纖維布結構補強法，因其經濟實用且施工便利，現已廣泛應用于結構裂縫的處理之中。

2.1.4灌漿法

這種修補方法的應用既可以達到修補結構裂縫、防止滲漏的目的，又可以在一定程度上加固混凝土結構體。灌漿法的處理效果非常好，在施工中應用范圍廣，對于深層裂縫與貫通裂縫有很好的修補效果。結構的裂縫較大時可以選用水泥進行灌漿，但是水泥砂漿不適用于細長的裂縫，所以目前人們開發了多種顆粒更微小的灌注漿液，在實際修補處理中都取得了良好的效果。

2.2預防結構裂縫的方法

在水利施工過程中，為了避免由于結構裂縫所引起的工程問題，在施工的前期就應該做好充分的預防措施。預防結構裂縫的方法是綜合各項技術的應用，文章主要從6個方面提出預防的辦法：

2.2.1水泥品種的選取

水泥與水化合后會釋放熱量，稱為水化熱，在混凝土新澆筑時會因為水化反應而產生大量的熱量，而隨著時間的不斷推移，結構溫度也會逐漸降低，結構內部與外部會產生溫度差，使得結構產生拉應力，從而導致結構裂縫的產生。所以選取品質優良的水泥至關重要，質地好的水泥可以控制水化熱，最大限度地減少結構裂縫現象的發生。

2.2.2結構的分縫分塊

所謂的分縫分塊，主要是指在進行混凝土結構設計時，根據澆筑情況，對于較長的結構板塊設置縱縫與橫縫來進行劃分，把混凝土結構劃分為不同的板塊。對混凝土結構進行分縫分塊處理，既可以方便混凝土結構的設計與施工，又可以通過設置縱縫或者橫縫來避免結構因溫度變化而產生裂縫現象。

2.2.3混凝土的配比

原材料質地的好壞在很大程度上會影響到裂縫的發育程度，而在混凝土的配比上，在滿足結構設計強度的要求之余，應該最大限度地減少配比中每一單位水泥的用水量。調配的混凝土應符合高強度和高韌性的要求，提升混凝土結構的抗拉能力，合理的配比可以保證混凝土結構具有高抗拉能力、強抗裂性能的特征。

2.2.4施工質量的監管

施工的外界環境與施工技藝的不同也會導致混凝土結構性能存在很大的差異，如果施工的工藝不符合標準，會直接影響到結構的穩定性。所以，加大對施工時期的質量監管力度，做好結構的品質檢驗，有助于減緩結構裂縫的發育速度。

2.2.5優化降溫手段

在混凝土的施工階段，因為水泥與水的化合反應導致結構內部釋放大量的熱量，但是混凝土并不具有良好的導熱性能，在這樣的情況之下，體積龐大、結構厚實的混凝土結構只能靜置自然冷卻，這種降溫速度是非常緩慢的。所以，針對大體積混凝土結構應該在結構內部埋設冷卻設備，如冷卻水管等進行有效的人工降溫，有利于加快混凝土結構的降溫速度，另外，在合適的溫度條件下可對混凝土結構進行接縫灌漿。

2.2.6結構的養護

做好混凝土的養護工作可以極大地提高混凝土結構的性能，通過利用養護階段來做好混凝土結構養護，可以對混凝土結構的收縮變形起到很好的控制作用。對混凝土結構進行養護主要是控制結構的濕潤程度，在實際施工中，采用比較多的養護方法是流水養護與薄膜或者濕麻袋包裹這兩種方式。

3結語

總之，混凝土結構發生開裂現象是無法避免的，但為了保證水利工程的施工質量，就應該探討分析混凝土結構發生開裂的具體原因，并在結構設計、施工階段以及施工技藝等方面尋找應對措施，從而最大限度地降低結構裂縫程度。

參考文獻

[1]沈鑫.水工結構大體積混凝土裂縫成因與防治探討[J].低碳世界. 2015（20）.

[2]曹潤邦、徐寧、韓志華.淺述水利施工中砼產生裂縫的原因及其防治措施[J].農業科技與信息. 2010（10）.

（責任編輯：劉青）

收稿日期：2015-10-28

中圖分類號：TU528

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）01-0069-03