淺議水工混凝土裂縫的預(yù)防與處理

呂曉強(qiáng)

(1.黑龍江省交通科學(xué)研究所;2.北黑高速公路建設(shè)指揮部)

淺議水工混凝土裂縫的預(yù)防與處理

呂曉強(qiáng)1，2

(1.黑龍江省交通科學(xué)研究所;2.北黑高速公路建設(shè)指揮部)

針對水工混凝土裂縫的產(chǎn)生因素、裂縫種類進(jìn)行分析，進(jìn)而提出預(yù)防措施及常見缺陷修補(bǔ)方法進(jìn)行闡述。

裂縫;預(yù)防;處理

1 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(zhì)的多項(xiàng)復(fù)合脆性材料。由于混凝土施工和本身變形和約束等一系列問題，使混凝土產(chǎn)生裂縫，微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土結(jié)構(gòu)的承重、防滲及其他功能不產(chǎn)生危害。但是受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會(huì)不斷的擴(kuò)展和連通，最終形成肉眼可見的宏觀裂縫，這些裂縫已成為水利工程中常見的工程病害，輕者使混凝土內(nèi)部的鋼筋材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性、使用價(jià)值等。嚴(yán)重的將直接威脅到人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。因此對混凝土裂縫的控制已成為水利工程建設(shè)引起高度重視的問題之一。

近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)，對水工建筑物安全是不會(huì)產(chǎn)生不良影響的。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定，有些結(jié)構(gòu)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(yīng)盡量采取有效措施控制裂縫產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)盡可能不出現(xiàn)裂縫或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現(xiàn)，從而確保工程質(zhì)量。

2 水工混凝土裂縫產(chǎn)生的因素

按裂縫產(chǎn)生的原因劃分有:由外荷載(包括施工和使用階段的靜荷載、動(dòng)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(yǎng)護(hù)、堆放、運(yùn)輸、吊裝等)引起的裂縫。

按裂縫的方向、形狀劃分有: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。

按裂縫深度劃分有:貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。

水工建筑物產(chǎn)生裂縫因素有以下幾種。

(1)大體積混凝土水化時(shí)產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)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(shí)產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時(shí)會(huì)很大，甚至?xí)灤┱麄€(gè)構(gòu)件。

(3)在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。

(4)當(dāng)有約束時(shí)，混凝土熱漲冷縮所產(chǎn)生的體積漲縮，因?yàn)槭芗s束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。由于太陽暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象。

(5)混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中活性氧化硅等起反應(yīng)，析出的膠狀堿——硅膠從周圍介質(zhì)中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土漲裂產(chǎn)生裂縫。

(6)在炎熱的大風(fēng)天氣，混凝土表面蒸發(fā)較過快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時(shí)仍處于塑性狀態(tài)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

(7)構(gòu)件超載產(chǎn)生的裂縫，例如:構(gòu)件在超出設(shè)計(jì)的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并向上、下延伸。

(8)當(dāng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進(jìn)一步發(fā)展，裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

(9)當(dāng)鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，例如:侵蝕性水，由于混凝土保護(hù)層厚度有限，特別是當(dāng)混凝土密實(shí)性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會(huì)使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

3 水工混凝土裂縫的防止措施

(1)設(shè)計(jì)單位應(yīng)該提出混凝土施工溫度控制的具體要求和混凝土養(yǎng)護(hù)的基本要求，控制外加劑的品種和摻量，確保混凝土收縮與膨脹相抵消，按《規(guī)范》要求設(shè)置必要的變形縫。

(2)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。施工時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土配合比，計(jì)量要準(zhǔn)確，坍落度抽檢工作要加強(qiáng)，不能流于形式。

(3)混凝土振搗要密實(shí)，拆模后要掛草簾或鋪草澆水養(yǎng)護(hù)保濕，混凝土的養(yǎng)護(hù)不僅對防止早期表面裂縫顯得重要，它對混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展、混凝土的進(jìn)一步成熟和耐久性等同樣重要，在過去許多工程的施工和管理中對養(yǎng)護(hù)的重要性沒有充分的認(rèn)識。

(4)施工過程中應(yīng)經(jīng)常觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實(shí)情況，不能漏振，過振，且在第一次振搗后要進(jìn)行第二次振搗。

(5)配制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，此外可摻加膨漲劑、適量的粉煤灰等，摻粉煤灰是一項(xiàng)既能減少由溫度應(yīng)力而使大壩開裂的危險(xiǎn)，又能提高混凝土某些性能的經(jīng)濟(jì)有效的措施，同時(shí)要采用塑料薄膜和草袋覆蓋，以確?；炷羶?nèi)外溫差小于25℃。根據(jù)構(gòu)造要求情況配制必要的鋼筋起到限裂的作用。

(6)《規(guī)范》中要求采用新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備。很多方面要通過原材料的選用和控制來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)時(shí)要選用堿活性小的砂石骨料，同時(shí)注意選用低堿或無堿外加劑以及選用合適的摻和料抑制堿性骨料反應(yīng)。

(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(jī)時(shí)的坍落度、降低砂率、并嚴(yán)格控制骨料的含泥量。

4 水工混凝土工程的常見缺陷修補(bǔ)

(1)開槽法修補(bǔ)裂縫。采用環(huán)氧樹脂∶10，聚硫橡膠∶3，水泥∶12.5，砂∶28。

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(huán)樹脂聚硫橡膠也按配比拌勻。然后摻入已拌好的砂、水泥當(dāng)中，再用人工繼續(xù)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0.2 kg丙酮就可以了)。及時(shí)將已拌好的改性環(huán)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(nèi)進(jìn)行嵌入。從砂漿開始拌和到嵌入混凝土縫內(nèi)，一組砂漿的整個(gè)施工過程需要30 min左右完成。

嵌入后的砂漿養(yǎng)護(hù)即砂漿嵌入縫槽內(nèi)處理好后兩小時(shí)以內(nèi)及時(shí)用毛氈、麻袋將聚硫橡膠改性環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行覆蓋，待完全初凝后，開始用水養(yǎng)護(hù)。

(2)低壓注漿法修補(bǔ)裂縫低壓注漿法適用于寬度為0.2～0.3 mm的混凝土裂縫修補(bǔ)。修補(bǔ)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(dāng)裂縫數(shù)量較多時(shí)，先要在裂縫位置上貼醫(yī)用白膠布，再用窄毛刷沾漿沿裂縫來回涂刷封縫，使裂縫封閉大約10 min后，揭去膠布條，露出小縫，粘貼注漿嘴并包嚴(yán)。固化后周邊可能有裂口，必須反復(fù)用漿補(bǔ)上，以避免注漿漏漿。注漿操作一般在粘嘴的第2 d進(jìn)行，若氣溫高的話，半天就可注漿。操作時(shí)先用補(bǔ)縫器吸取注漿液，插入注漿嘴，用手推動(dòng)補(bǔ)縫器活塞，使?jié){液通過注漿嘴壓入裂縫，當(dāng)相鄰的嘴中流出漿液時(shí)，就可拔出補(bǔ)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(gè)注漿。為了保證漿液充滿，在注漿后約半小時(shí)可以對每個(gè)注漿嘴再次補(bǔ)漿。

(3)表面覆蓋法修補(bǔ)裂縫

這是一種在微細(xì)裂縫，一般寬度小于0.2 mm的表面上涂膜，以達(dá)到修補(bǔ)混凝土微細(xì)裂縫的目的。分涂覆裂縫部分及全部涂覆兩種方法，這種方法的缺點(diǎn)是修補(bǔ)工作無法深入到裂縫內(nèi)部，對延伸裂縫難以追蹤其變化。表面覆蓋法所用材料視修補(bǔ)目的及建筑物所處環(huán)境不同而異，通常采用彈性涂膜防水材料，聚合物水泥膏、聚合物薄膜(粘貼)等。施工時(shí)，首先用鋼絲刷子將混凝土表面打毛，清除表面附著物，用水沖洗干凈后充分干燥，然后用樹脂充填混凝土表面的氣孔，再用修補(bǔ)材料涂覆表面。除以上三種常用混凝土裂縫修補(bǔ)法外，還有結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、仿生自愈合法等修補(bǔ)方法，要根據(jù)工程具體情況選用合適的混凝土裂縫修補(bǔ)方法。

5 結(jié)論

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對待，采用合理的方進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作。

［1］鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［2］龔召熊等.水工混凝土的溫控與防裂［M］.中國水利水電出版社，1999.

［3］鞠麗艷，張雄.混凝土裂縫防治的兩種新方法［J］.施工技術(shù)，2002.

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