预防水利工程混凝土裂缝对策探讨.pdf

水利建设与管理 2 0 1 1 年第4期 预防水利工程混凝土裂缝 慝 耿会 允 ( 菏泽市洙赵新河流域工程管理处 2 7 4 0 0 0 ) 【 摘要】 本文通过水利工程施工实践， 分析了水利设施混凝土裂缝的类型、 成因及危害， 并提出了相关的防止措施 及修 补方法。 【 关键词】 水利设施混凝土裂缝成因修补措施 在水利工程 中， 混凝土是使用最广泛 、 用量最多的一 种 昆 合材料 。但混凝土均匀性差 、 离散性大 ， 特别是容易 产生裂缝 ， 是长期困扰工程技术人员的难题 。了解混凝土 这些病害的破坏机理和检测技术方法 ，选择合适的修补 材料 ，对存在潜在危险的混凝土表面进行有效保护以及 对造成损坏的混凝土结构进行修补 ，具有十分重要的经 济效益和社会效益。 1 混凝 土裂缝破 坏机 理 裂缝 是常见 的混凝土缺陷之一 。裂缝的种类很 多 ， 按成 因分类可分 为温度 裂缝 、 干缩裂缝 、 结构裂 缝 、 沉 陷裂缝 、 超载裂缝 、 约束裂缝 、 材料裂缝等 。 按裂缝 特性 和所在部位可分为表 面裂缝 、 浅层 裂缝 、 深 层裂缝 和贯 穿裂缝 。 混凝土裂缝的成因十分复杂 ， 从内因上讲 ， 有原材料 不佳 ， 均匀性不好 ， 配合比不优 ， 水化热温升 ， 自身体积变 形及其热学 、 力学性能达不到抗裂能力的要求 ； 有结构形 式不合理 ，容易造成过大的应力集 中；有分缝分块不恰 当， 难 以承受外界条件和荷载等。 从外因上 ， 有气温 、 湿度 等环境变化。 水工混凝土体积庞大， 受 自身和周围介质的 影响， 在温度 、 湿度变化的周边 、 基础约束的作用下 ， 会产 生很大的约束应力 ， 容易产生裂缝。 但是引起裂缝的原因 是非常复杂的 ， 客观诱发 因素很多 ， 尽管多年来世界各 国 都很重视对裂缝成因的研究 ，已掌握 了裂缝发生的一些 规律 ， 但至今还有许多问题没有摸透和解决。 2 水利工程混凝土裂缝危害 混凝土裂缝是混凝土结构的严重病害 ，裂缝对混凝 土建筑物的危 害很大 ， 严重的会恶化结构的应力状态 ， 破 坏其整体性和抗渗性 ， 危及建筑物的安全运行 ， 轻微 的也 会影响建筑物的耐久性和美观 ，有 的还会发展成为严 重 裂缝 。裂缝 的危害性主要有 以下几个 ： a 影响结构整体性 。水利工程混 凝土裂缝是混凝 土结构 的严重病害 ，贯 穿裂缝和深层 裂缝 会破坏结构 的整体性 ， 改变混凝 土的受力条件 ， 从 而使 局部甚至整 体结构 有发生 破坏 的可能， 严重影 响建筑物 的质量。剪 切 裂缝 多发生在支座或者较 大集 中荷载 附近 ，早期 温 度 裂缝 直接影 响钢筋混凝 土构件的完整性 。当结构 出 现贯穿性裂缝时 ， 要恢复结构 的整体性就非常困难 。混 凝土早期表 面裂缝 在以后气温骤 降形成的温度应力 和 外力作用下 ，表观裂 缝可发展成具 有破坏性 的贯穿 裂 缝和深层裂缝 。 b 缩短结构耐久性 。混凝土耐久性主要指抗渗性 、 抗冻性 、 抗侵蚀性及碳化性 能。当结构处于冰点 以下环 境时 ，混凝土发生冻融 破坏的最显 著的特征是 表面剥 落 ， 严重时可露出石子。混凝土的碱一集料反应可引起 混凝土的膨胀 、 开裂 ， 甚 至破坏。当混凝土结构处在有侵 蚀性介质作用 的环境时 ，会 引起 水泥石发生一 系列 化 学 、 物理与物化变化 ， 而逐步受到侵蚀 ， 严重的使水泥石 强度降低 ， 以至破坏。钢筋的锈蚀表现为钢筋在外部介 质作用下发 生电化反应 ， 逐步生成氢氧化铁 ， 即铁锈 ， 造 成混凝土顺筋裂缝 ，从 而成为腐蚀介 质渗入钢筋 的通 道 ， 加快结构的损坏 。 c 致使结构使用功能失常。 对堆石坝混凝土面板 ， 由 于外部环境产生的早期温度裂缝通常贯穿于整个截 面厚 度 ， 从而造成渗漏 。对挡水建筑物而言说 ， 裂缝渗漏水会 严重影响建筑物的使用功能 ，虽然水量的损失本身并不 严重 ， 但裂缝 的存在往往会限制蓄水位。 耿会允 预防水利 工程混凝土裂缝 对策探讨 3 混凝土裂缝修补方法 裂缝修补可以恢复防水性和耐久性，也有从结构安 全 、 美观角度进行修补的 ， 在满足修补 目的的同时， 还要 考虑经济性 ， 明确修补范围、 修补规模等。目前 ， 国内外修 补裂缝 的方法主要有三大类。 3 1 充填法 充填法适合于 o - 0 5 m m， 修补较宽的裂缝 。 操作步骤 为 ： 沿着裂缝凿“ U” 形 或“ v” 形槽 ， 槽顶 宽度 以 1 0 c m为 宜 ， 在槽 中填充一些密封材料 。 如果混凝土结构中钢筋发 生锈蚀， 就把混凝土凿除到能充分处理生锈钢筋 ， 把钢筋 锈除净后 ， 再涂上防锈涂料 ， 在槽中填充聚合物水泥砂浆 材料。 对活缝而言 ， 可以沿着裂缝走向开一“ u ” 形槽 ， 在槽 底垫一层和混凝土不粘 的材料。 3 2注入法 此种方法包括压力灌浆法和真空吸人法。压力灌浆 法适合运用在 比较深比较细的裂缝。真空吸入法就是运 用真空泵让缝内形成真空 ， 从而把浆材吸人缝内； 这种方 法适用于表面裂缝修补。一般常用的修补裂缝灌浆材料 有 甲基丙烯酸脂类浆材 、 水泥类浆材 、 丙烯酰胺类浆材 、 环氧类浆材、 聚胺酯类浆材等。 3 3 表面覆盖法 表面覆盖法是一种在宽度小于 0 2 mm微细裂缝的表 面上涂膜 ， 从而提高防水性和耐久性的修补方法。 包括部 分涂覆裂缝和全部涂覆裂缝两种。此方法的缺点为修补 工作不能深入到裂缝内部 ， 对延伸裂缝不能追踪其变化。 通常表面覆盖法修补材料主要为沥青砂浆 、玻璃钢沥青 无胎油毡 、 橡胶片材 、 聚氯 乙烯片材 、 钢丝网喷浆以及各 种涂料 。 4 水利工程混凝土裂缝预防措施 4 1 设计方面 设计单位应该提出混凝土施工温度控制的具体要求 和混凝土养护的基本要求 ， 控制外加剂的品种和掺量 ， 确 保混凝土收缩与膨胀相抵消；按规范要求设置必要的变 形缝。 在浇筑方便、 构件截面适当、 配筋率不变的情况下 ， 钢筋直径越细 、 间距越小， 对预防开裂越有利。 4 2 预防方面 采取适当的施工方案和预防措施 ，可以控制混凝土 裂缝。施工方案主要应确定一定浇筑量 、 施工缝间距 、 位 置及构造 、 浇筑时间、 运输及振捣要求等 。每次浇筑长度 由垂直施工缝分割 ， 最好设置变截面或者承受拉 、 剪 、 弯 应力较小部位 。 除了控制一次浇筑的厚度之外， 水平施工 缝设 留位置也应适当注意。 一般而言， 应尽量留在变截面 的地方或者远离受拉钢筋部位 ，可以设置在混凝土的受 拉区。 浇筑时间的确定 ， 原则上应尽量避开昼夜温差大的 日子 。 4 3 施工控制 混凝土拌制时，应该严格按照实验室签发 的配料单 配料 ， 其 中水 、 水泥 、 砂 、 石子 比例均应 以重量计 ， 不得以 车 、 铁锨数来计量 。当离差系数 C V值较小时 ， 混凝土相 应抗裂能力就较高， 其出现裂缝的几率也就较小 ， 一般情 况下 ， C V 值应控制在 0 1 5以内。在降低混凝土浇筑温度 时， 应分别从降低混凝 土出机 口温度 、 减小运输和仓面温 度 回升两个方面人手。混凝土的裂缝一般最早出现在混 凝土 比较薄弱的部位 ， 因此 ， 应尽量避免出现薄弱部位 。 浇筑层收仓一定要平整 ， 最好不要 出现台阶 ， 不然当对应 面层混凝土气温骤降时， 由于应力集 中容易出现裂缝 。 振 捣混凝土时 ， 应以混凝土不再显著下沉 、 没有气泡 出现 ， 并且开始泛浆时为标准 ， 从 而防止漏振、 过振 ， 避免混凝 土裂缝产生。 4 4 养护方面 养护充分是防止混凝土干缩裂缝的重要举措 ，养护 的目的是促使混凝土正常硬化 ， 强度增强 ， 避免遭受外界 影响。 当浇筑完 1 2 h 时就可以开始进行养护， 并且养护的 时间不能低于 1 4 h 。 养护时应该避免混凝土结构早龄期过 水 ， 一旦过水就会造成混凝土环境 温度的骤降 ， 非常容易 出现温度裂缝 。在温度较高的季节和要害部位应适 当增 加养护时问 ， 并且采用保水材料进行覆盖， 严格禁止 阳光 直接照射刚浇筑混凝土的表面。 在寒冷的冬季 ， 浇筑混凝 土拆模时间大约为 5天，把模拆掉后要立即对混凝土面 进行保温 ，从而防止混凝土突然暴露在冷气 中产生温度 裂缝。在冬季 ， 混凝土严禁洒水养护 ， 可 以采取喷涂养护 剂 、 覆盖保水材料等措施。 5 结语 裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象 ，它不仅 降低建筑物的抗渗能力 ， 影响使用功能 ， 还会引起钢筋的 锈蚀 、 混凝土的碳化 ， 降低材料 的耐久性 ， 影响建筑物的 承载能力 。 施工技术人员必须要认真学习技术规范 ， 在实 践中不断总结经验 ， 提高发现问题 、 分析问题、 解决问题 的能力。 对水工混凝土裂缝要采取以预防为主的方针， 尽 量避免它的出现。A