水利工程中混凝土结构裂缝处理方法及预防措施

2016-03-29陈美奇九江市水利科学研究所

河南水利与南水北调 2016年1期

□陈美奇（九江市水利科学研究所）

□陈美奇（九江市水利科学研究所）

摘要：裂缝是水工混凝土中最常见的缺陷之一,在水利工程施工过程中，各种各样的因素都会引起混凝土结构产生裂缝,裂缝不断扩展就会危及整个结构的安全使用性。文章主要针对水利工程中混凝土结构裂缝处理方法及预防措施展开了探讨，对水利工程中混凝土结构裂缝产生的基本理论作了说明，并给出了一系列水利工程中混凝土结构裂缝处理方法及预防措施，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：水利工程；混凝土结构；裂缝处理；预防措施

0引言

水利工程建设中保证结构质量是第一要务，工程建设中以混凝土结构为主，因而，确保混凝土质量和控制混凝土裂缝的生成和扩张就显得尤为重要。但是由于混凝土本身的问题，其极容易产生裂缝等问题，需要施工方及时的采取措施做好裂缝的处理。基于此，文章就水利工程中混凝土结构裂缝处理方法及预防措施进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1结构裂缝的概述

1.1水利混凝土结构基本特征

1.1.1结构的材料方面

混凝土使用的是脆性材料，这种材料的特点是具有较强的抗压能力，但是这种材料所能承受的抗拉强度较低，材料的变形性能较差。

1.1.2结构的拉应力方面

大体积混凝土结构是在水利工程中比较常见的一种建筑结构，大体积混凝土结构的断面尺寸要求比较大，在其浇筑过程中，水泥与水化合释放能量使得混凝土结构的内部温度逐渐升高，等到浇筑完成，由于混凝土结构内部仍然处于高温状态，此时混凝土的MPa小,而随着时间的增长而增加的变形变大。但是随着时间的不断推移，混凝土结构的内部温度会逐渐下降，MPa就会变大，相反的变形程度就会变小，在同时受到内部与外部环境约束下，混凝土结构的拉应力就会变大。

1.1.3材料的抗拉能力方面

大体积混凝土结构的配筋率通常较低，如果结构中产生拉应力，则几乎是由混凝土自身进行承受，其承受的抗拉强度很低。

1.1.4受环境因素制约方面

大体积混凝土通常是存放在室外，在整个浇筑和形成过程中都会接触到空气、雨水等，结构的表面难免会发生腐蚀现象，其中对结构应力影响较大的因素是气温，因此，在混凝土成形阶段要做好结构表面的保护措施。

1.2混凝土结构裂缝的简述

混凝土的开裂现象其实是先由微观裂缝逐渐演变成宏观裂缝的，其裂缝种类有很多，文章只是阐述其中一种裂缝形式。微观裂缝和宏观裂缝是按照混凝土的裂缝宽度差异进行划分的，所谓的微观裂缝，主要是指人类肉眼很难或根本无法看出来的极细小裂缝。其中，微观裂缝又可以分为骨料裂缝、水泥裂缝以及黏着裂缝这三类。宏观裂缝是指混凝土的裂缝宽度在0.05 mm以上，宏观裂缝是由微观裂缝逐渐扩大造成的。宏观裂缝可根据开裂程度分为结构表面裂缝、结构深层裂缝以及贯穿性裂缝三类。

1.3混凝土裂缝的演变过程

混凝土结构在浇筑时就存在着许多微小的裂缝，这些微小裂缝的存在是不可避免的，对整体的结构功能不产生重大影响。但是由于不断受到外界环境因素的影响，微小裂缝会逐渐增多，裂缝宽度也会逐渐扩大，最后演变成宏观裂缝，严重影响整体结构的稳定性。裂缝的演变过程大致可分为3个阶段，具体如图1所示。

1.3.1裂缝稳定阶段Ⅰ

这一阶段属于初始阶段，在初始阶段下部分微小裂缝由于在尖端集中受到应力的作用而发生轻微扩张的现象，但从总体看，这些微小裂缝对结构的稳定不会构成很大的威胁。

图1　裂缝演变过程图

1.3.2微裂缝发展阶段Ⅱ

混凝土结构成型后会受到众多外界因素的影响，微小裂缝开裂程度开始加大，裂缝发生变形的情况逐渐增多。

1.3.3裂缝不稳定发展阶段Ⅲ

这一时期的粗骨料界面的裂缝骤然加宽，并且裂缝逐渐连通，开始出现宏观裂缝，在这种情况下即便应力不变，也无法阻止裂缝的不断增长，最终会由于裂缝的扩张加大而导致结构失稳直至断裂损坏。

1.4混凝土结构产生裂缝的原因

导致混凝土结构发生裂缝现象的原因是非常复杂的，根据目前的理论研究，可将其分为由外力荷载造成的裂缝与非荷载因素造成的裂缝这两种。

2结构裂缝的修补方法与预防措施

混凝土结构产生裂缝现象，简单来说就是混凝土结构的抗裂能力和引起结构裂缝扩张的破坏力两者的关系问题，结构的抗裂能力用Rt、εc来表示，破坏力用P来表示，抗裂安全系数则用K来表示。当K=Rt/P＜1.30或εc＜εp时，混凝土结构存在安全隐患，危险系数较大，混凝土结构会产生开裂；当K=Rt/P≥1.80或εc≥εp时，混凝土结构整体是安全稳定的，混凝土结构基本不开裂。

2.1结构裂缝修补方法

根据施工技术的规定，处于第一、第二、第三类建筑防水条件情况下，如果混凝土结构的裂缝跨度>0.10 mm则需要及时采取应对措施进行修补。目前主要的修补方法有结构表面修补法、内部填充法、结构补强法和灌浆法。

2.1.1结构表面修补法

包括表面涂抹与贴补，这种修补方法只能在结构裂缝宽度<0.20 mm或裂缝仍在扩张阶段时使用。其中表面涂抹则是用于处理那些细长的裂缝，由于无法用浆液灌注，所以只能采用比例1∶1至1∶1.20的砂浆液或者是环氧厚浆对结构裂缝的表面进行涂抹。而那些裂缝已经发育、发生大面积漏水的地方只能采用贴补方法，即在裂缝口贴上具体材料来封闭裂缝、防止渗透。

2.1.2内部填充法

适用于当裂缝宽度>0.30 mm的情况，将相应材料填充到裂缝之中。有些裂缝很难用灌浆的方法进行修补，此时可以选用U形或者V形槽法来进行填充处理，具体如图2所示。所需的填充材料会因为裂缝的不同位置而发生不同，例如，裂缝槽内潮湿但没有流水的情况下，可以选用水泥砂浆液来填充；裂缝槽内干燥则可以选用普通的砂浆或者环氧砂浆来填充。

图2　 U形与V形槽法图

2.1.3结构补强法

如果裂缝是由于外界荷载所引起的，可以选用结构补强法来修补，达到阻止混凝土耐久性持续下降的目的。目前主要采用的是玻纤维布结构补强法，因其经济实用且施工便利，现已广泛应用于结构裂缝的处理之中。

2.1.4灌浆法

这种修补方法的应用既可以达到修补结构裂缝、防止渗漏的目的，又可以在一定程度上加固混凝土结构体。灌浆法的处理效果非常好，在施工中应用范围广，对于深层裂缝与贯通裂缝有很好的修补效果。结构的裂缝较大时可以选用水泥进行灌浆，但是水泥砂浆不适用于细长的裂缝，所以目前人们开发了多种颗粒更微小的灌注浆液，在实际修补处理中都取得了良好的效果。

2.2预防结构裂缝的方法

在水利施工过程中，为了避免由于结构裂缝所引起的工程问题，在施工的前期就应该做好充分的预防措施。预防结构裂缝的方法是综合各项技术的应用，文章主要从6个方面提出预防的办法：

2.2.1水泥品种的选取

水泥与水化合后会释放热量，称为水化热，在混凝土新浇筑时会因为水化反应而产生大量的热量，而随着时间的不断推移，结构温度也会逐渐降低，结构内部与外部会产生温度差，使得结构产生拉应力，从而导致结构裂缝的产生。所以选取品质优良的水泥至关重要，质地好的水泥可以控制水化热，最大限度地减少结构裂缝现象的发生。

2.2.2结构的分缝分块

所谓的分缝分块，主要是指在进行混凝土结构设计时，根据浇筑情况，对于较长的结构板块设置纵缝与横缝来进行划分，把混凝土结构划分为不同的板块。对混凝土结构进行分缝分块处理，既可以方便混凝土结构的设计与施工，又可以通过设置纵缝或者横缝来避免结构因温度变化而产生裂缝现象。

2.2.3混凝土的配比

原材料质地的好坏在很大程度上会影响到裂缝的发育程度，而在混凝土的配比上，在满足结构设计强度的要求之余，应该最大限度地减少配比中每一单位水泥的用水量。调配的混凝土应符合高强度和高韧性的要求，提升混凝土结构的抗拉能力，合理的配比可以保证混凝土结构具有高抗拉能力、强抗裂性能的特征。

2.2.4施工质量的监管

施工的外界环境与施工技艺的不同也会导致混凝土结构性能存在很大的差异，如果施工的工艺不符合标准，会直接影响到结构的稳定性。所以，加大对施工时期的质量监管力度，做好结构的品质检验，有助于减缓结构裂缝的发育速度。

2.2.5优化降温手段

在混凝土的施工阶段，因为水泥与水的化合反应导致结构内部释放大量的热量，但是混凝土并不具有良好的导热性能，在这样的情况之下，体积庞大、结构厚实的混凝土结构只能静置自然冷却，这种降温速度是非常缓慢的。所以，针对大体积混凝土结构应该在结构内部埋设冷却设备，如冷却水管等进行有效的人工降温，有利于加快混凝土结构的降温速度，另外，在合适的温度条件下可对混凝土结构进行接缝灌浆。

2.2.6结构的养护

做好混凝土的养护工作可以极大地提高混凝土结构的性能，通过利用养护阶段来做好混凝土结构养护，可以对混凝土结构的收缩变形起到很好的控制作用。对混凝土结构进行养护主要是控制结构的湿润程度，在实际施工中，采用比较多的养护方法是流水养护与薄膜或者湿麻袋包裹这两种方式。