水闸混凝土裂缝分析及防治措施

张文扩

（枣庄市胜利渠管理服务中心，山东 枣庄 277317）

水闸作为挡水、泄水或取水的建筑物应用广泛，混凝土是水工建筑物最主要的工程材料。水闸混凝土裂缝现象较为普遍，是当前水闸混凝土结构在耐久性方面存在的主要问题。裂缝的存在会不同程度地引起钢筋锈蚀、混凝土碳化、耐腐蚀能力降低、抗冻抗渗性能减弱、降低混凝土结构物的结构强度和整体稳定性，影响建筑物的外观、耐久性和正常使用及运行安全。混凝土裂缝问题不可能消除，但可将其控制在一定程度内。因此，在水闸的施工管理中应严格控制混凝土施工质量，预防裂缝的出现和发展，保障水利工程的质量与安全。

1 混凝土裂缝产生的原因

混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成。混凝土具有抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽等特点，但混凝土的抗拉强度仅为其抗压强度的1/10～1/20。引起混凝土裂缝的原因很多，包括干缩、混凝土内部水化反应、温差、地基沉降变形等因素，主要有以下几个方面。

1）塑性收缩裂缝。混凝土浇筑后处于塑性状态，表面因失水较快而产生的收缩。混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土本身与外界气温相差悬殊，都易产生这种裂缝。

2）干缩裂缝。干缩裂缝多出现在混凝土浇筑凝结成型后，由于混凝土内外水分蒸发程度不同，干燥收缩引起体积变化的不同，而导致变形不同，进而造成混凝土表面的缩裂。

3）温度裂缝。温度裂缝一般都发生在大体积混凝土中，主要是由温度差异变化所产生的温度应力造成。

4）沉降裂缝。当结构物的地基不良，软硬不均或局部存在松软土，基础出现不均匀沉降而引起混凝土开裂。

5）碱骨料反应裂缝。骨料中的活性硅与混凝土中的碱性材料发生缓慢的膨胀性化学反应，产生了张应力，导致混凝土开裂破坏。

6）钢筋腐蚀裂缝。当钢筋混凝土处于不利环境，由于钢筋保护层较薄，振捣不良，混凝土不密实或表面存有裂缝，会使环境中的氯离子和溶于水中的氧与混凝土中的钢筋生锈生成氧化铁，生锈的钢筋体积膨胀，对周围混凝土产生压应力，使混凝土胀裂。

2 预防混凝土裂缝的措施

产生裂缝的原因比较复杂，往往是多种因素造成的。有在施工期出现，也有在运行期由于温差、超载等因素出现。调查统计表明，混凝土结构温度裂缝占较大比重，产生的危害更大，特别是闸底板、墩、墙等结构尺寸较大部位更易发生。如何控制大体积混凝土裂缝的发生既是施工关键点,也是大体积混凝土施工的难点。混凝土施工，要从原材料选择、配合比设计、施工安排、施工质量、混凝土温度控制、养护和表面保温等方面，采取综合措施，防止混凝土产生裂缝。

1）塑缩和干缩裂缝预防。控制天然砂石含泥量、人工砂石粉含量和软弱颗粒含量，不允许含有泥块，减小空隙率和砂率；把握好冲仓时间和质量，保证底基面和模板湿润；掌握好混凝土表面抹压收光时间，保证抹压作业的质量，配备足够作业施工人员，适当增加压光遍数；及时进行混凝土的早期养护，表面保持湿润，保证连续养护的时间。

2）温度裂缝的预防措施。在混凝土配合比设计时要考虑温度控制这一重要因素，尽量减少水泥水化热温升、提高混凝土力学性能；采用水化热较低的水泥，优先选用低热或中热硅酸盐水泥；掺用活性掺合料，如掺加粉煤灰等，合理降低水泥用量。加大骨料粒径、改善骨料级配，使用外加剂和降低混凝土的塌落度等措施，单位水泥用量较大幅度减少；选择合适的气温和浇筑时间浇筑大体积混凝土，夏季可采用冷水或冰水搅拌混凝土,并对骨料进行预冷或覆盖措施；可采用埋设冷却水管等降温措施，实时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，使混凝土的温度梯度不至过大，以有效控制裂缝的出现；延迟模板拆除时间，减少和控制内外温差；加强混凝土表面保温和养护。合理采用以上措施，可有效减少混凝土表面裂缝的产生。

3）沉陷裂缝的预防。加强对结构物地基的检查验收，做好不良地基的处理。水闸施工以“先深后浅，先重后轻、先主后次”的原则，合理组织安排，防止扰动地基，保证地基稳定，预防混凝土沉降、位移、断裂，在结构允许条件下，合理设置沉降缝。在施工期间加强基坑降排水，防止混凝土地基被水浸泡。

4）碱骨料反应裂缝预防。做好对砂石骨料碱活性试验检测，控制使用碱活性骨料，使用含碱量少的水泥和外加剂，采用能抑制碱骨料反应掺合料粉煤灰、矿渣等。

5）钢筋腐蚀裂缝预防。控制水泥及其他原料、拌和水中的氯离子的含量。加强对混凝土施工浇筑质量的控制，增加混凝土的密实性。对混凝土蜂窝麻面和表面裂缝按混凝土缺陷分类和处理要求进行处理。严格控制钢筋保护层的厚度，对钢筋表面进行防护及对拉螺杆的封堵修补处理。

3 混凝土裂缝处理方法

裂缝的治理首先对裂缝进行观测，分析成因，根据裂缝的性质和具体情况制定裂缝处理方案，选择相应处理工艺和防水材料。以“治本为主、治表为辅、表本结合、综合治理”的原则，采取灌、堵、嵌、涂等工艺相结合的裂缝处理技术，确保混凝土强度，恢复结构主体功能。

1）表面封闭法。沿裂缝的走向，对裂缝两侧各10cm范围内的混凝土表面打磨平整，露出坚硬的集料新面，清理干净，骑封涂刷封缝胶或抹压封缝胶泥(如环氧胶、环氧胶泥、聚氨酯等材料)，涂刷均匀，抹压粘接牢固。此方法适应局部混凝土表面龟裂。

2）填充密封（嵌缝）法。沿裂缝凿槽，清理干净，在槽中嵌填止水材料，如聚合物水泥砂浆、塑料油膏、聚氯乙烯胶泥等进行封缝处理。此方法适用宽浅顺直裂缝。

3）化学灌浆法。将化学浆料压入混凝土的裂缝中，化学材料凝固硬化后与混凝土形成一体，起到补强、加固封堵的目的。要根据孔隙的大小、凝胶时间和材料的可灌性选用丙烯酰胺、环氧树脂、甲基丙烯酸酯等适当的化学材料。注浆法施工时，注浆嘴应按裂缝走向设置在裂缝交叉点、裂缝较宽处和端部，间距在0.2～0.5m之间。封缝胶固化后，应进行气压试验，检查封密闭效果和注浆嘴之间的连通情况。灌浆顺序为从下至上、从深至浅、从一侧至另一侧。注浆过程中保持压力稳定，控制规定的范围内，浆液注满后移至相邻孔继续注浆，直至灌浆完成。此方法适用于混凝土主体龟裂缝。