浅析水工混凝土裂缝施工及处理方法

摘 要：由于水工混凝土结构多处在恶劣的环境中，其受影响因素很多，这就要求技术人员在具体施工中要多观察、多比较、多分析、多总结,根据实际工程的不同情况,采取不同的方法进行防止，混凝土的裂缝就可以避免。

关键词：水工混凝土；裂缝；方法；措施

1、水工混凝土适用范围

为了达到防洪、灌溉、发电、供水、航运等目的,通常需要修建不同类型的建筑物,用来挡水、泄洪、输水、排沙等,这些建筑物称为水工建筑物。这些建筑物所用的混凝土,称为水工混凝土。水工建筑物一般体积较大,相应的混凝土块体尺寸也较大,通常称为水工大体积混凝土。由于大体积混凝土使用条件严格,因此需按照工程的使用条件和设计要求,必须注意混凝土的原材料选择和配合比设计,使其具有较好的物理力学性能和耐久性能。

水工混凝土分类方法较多,按水工混凝土所处水位可分为经常处于水中的水下混凝土、水位变动区域的混凝土、水位变动区域以上的水上混凝土;按水工建筑物结构大小可分为大体积水工混凝土、小型水工混凝土;按水工建筑物混凝土施工部位可分为外部区域的混凝土、内部区域的混凝土,等等。

2、水工混凝土裂缝主要类型及产生原因

2.1按裂缝成因分类

水工混凝土裂缝按产生的原因可分为两类:一是结构裂缝,由承受荷载引起,包括常规结构计算中的主应力以及其他结构次应力造成的受力裂缝;二是材料裂缝,由非受力结构变形例如温度、湿度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的,这种裂缝的形成是一个渐进的过程与环境的变化等因素相关。因此,混凝土裂缝主要包括收缩裂缝、温差裂缝、结构裂缝等。

(1)收缩裂缝。混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩,对于大体积混凝土,这种收缩更加明显。如果混凝土的收缩受到外界的约束,就会在混凝土体内产生相应的收缩应力,当产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。影响混凝土收缩的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品种。混凝土中的用水量和水泥用量越高,混凝土收缩就越大。水泥品种对干缩量及收缩量也有很大的影响,一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。

(2)温差裂缝。混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。温差的产生主要有三种情况:一是水工混凝土浇筑初期,由于产生大量的水化热,形成内外温差并导致混凝土开裂;二是拆模前后,由于混凝土表面温度下降很快,从而导致裂缝产生;三是混凝土内部温度达到峰值后,由于热量逐渐散发形成内部温差,出现温度梯度。总之，温度引起的裂缝多发生在大体积混凝土表面或温度变化较大地区的混凝土结构中，它的走向通常没有一定规律，宽窄也不一样，冬季较宽，夏季较窄。像水工大坝、分洪闸、拦河坝这样的大体积水工混凝土更易发生此类裂缝。

(3)结构裂缝。结构裂缝是由于结构地基土质不匀，松软或填充不实，模板刚度不够，支撑间距过大，底部松动而引起的。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，较大的沉陷裂缝往往有一定的错位，裂缝宽度往往与下沉量成正比，当地基变的稳定后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

2.2按产生时间分类

按照裂缝产生时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝、完全硬化后裂缝。

3、水工混凝土裂缝的主要处理方法

(1)表面修补法。表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

(2)灌浆、嵌缝封堵法。灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙燃酸酷、聚氨酷等化学材料。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常水工混凝土结构裂缝成因预防是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

(3)结构加固法。当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下方法：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

(4)混凝土置换法。混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

4、水工混凝土裂缝的控制措施

水工混凝土裂缝对水工建筑物的质量和运行安全都会产生严重影响,甚至导致重大质量、安全事故。针对以上混凝土裂缝产生的原因,结合水工建筑物工程特点,我们必须慎重对待,采取切实有效的措施,重点防止混凝土的温度裂缝和收缩裂缝,实现预防和控制水工混凝土产生裂缝。

(1)正确控制混凝土原材料。由于水工混凝土本身以及混凝土与周围环境相互作用的复杂性,混凝土裂缝的产生一般不是由单一的因素造成的,它的形成往往是由多种因素共同作用的结果,不能简单地将混凝土裂缝出现的原因归结为材料选用不当或环境太恶劣。应当从混凝土的性能、结构型式及所处环境等方面系统分析可能使混凝土产生裂缝的原因,并采取相应的措施防止混凝土裂缝。从结构角度看,混凝土的收缩变形受到约束,其拉应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会开裂。同时,由于混凝土早期强度、弹性模量、徐变松弛等参数随之变化,造成开裂趋势明显加大。而从材料角度看,引起混凝土产生裂缝的因素主要有:化学减缩、不均匀膨胀、碱-骨料反应、化学外加剂、掺合料及混凝土配合比设计、不均匀性和密实性等方面因素而产生裂缝。此外,还要考虑外界气温、湿度、风速、日照等环境因素。因此，需要对材料采取有效的预防措施：①合理选择水泥品种和标号，尽可能选用水化热小的水泥，适量掺加粉煤灰或矿渣等掺和料；②严格对混凝土拌和用水进行检验，避免氯离子含量超标；③尽可能采用较小的水灰比，减少混凝土的孔隙率；④采用杂质少、粒径适中、级配好、坚固性好的砂石骨料；⑤合理使用和掺加减水剂和引气剂等外加剂等。

(2)优化混凝土设计及配合比。根据水工建筑物设计需要,在保证混凝土具有良好工作性的情况下,进一步优先水工混凝土的配合比,应尽可能降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。在条件许可的情况下,应优先选用级配良好的骨料和收缩性小或具有微膨胀性的水泥,并适当搀加粉煤灰,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱骨料反应,减少新拌混凝土的泌水等。还可能适当选用高效减水剂和引气剂,这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。同时,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

(3)采取切实有效的施工措施。大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道,在内部通循环冷水或冷气冷却;对大型水工建筑物基础部位可采用分块分层浇筑,以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时,在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层,底板高低起伏和截面突变处,做成渐变化形式,以消除或减少约束作用。还应加强混凝土的浇灌振捣,尽量采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高密实度,提高抗裂性。此外,还应当采取相应的温度控制措施,白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置,或用湿麻袋覆盖,必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时,可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水,要尽可能晚拆模。同时,严格温度监控,检测混凝土表面温度与结构中心温度,以便采取相应措施,保证混凝土施工质量,控制混凝土内外温差。并做好保温保湿养护工作,采用蓄水方式,并在混凝土表面覆盖一层塑料布,一层麻袋片,并根据温差情况及时对混凝土表面覆盖厚度进行增减。

5、结语

在水利工程建设中,水工混凝土的裂缝较为普遍,尤其在薄壁结构的水工建筑物中裂缝几乎无所不在。严重影响着水利基础设施建设的发展速度,因此应在施工中应尽量采取有效施工方法控制裂缝产生，使水工建筑尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，以而确保工程质量。