水利工程混凝土裂缝成因及防治措施浅析

2021-01-17杨虎

陕西水利 2021年6期

杨虎

(陕西省水利信息宣传教育中心(陕西水利博物馆)，陕西西安 710004)

0 引言

混凝土裂缝缺陷是混凝土工程中常见的病害之一，水工混凝土建筑物的裂缝不仅影响建(构)筑物使用功能，而且对结构安全也存在严重隐患。因此，使用质量合格的混凝土材料，严格按照规范施工是避免减少混凝土出现裂缝病害的有效举措之一。本文以陕西水利博物馆水土保持示范工程水景观池为例，就混凝土裂缝的成因及处理举措进行简要的分析总结。

1 工程概况

陕西水利博物馆水土保持示范工程水景观池设计为普通混凝土结构，分为两级平台，一级平台底板尺寸为32 m×16 m，二级平台底板尺寸为18 m×16 m，两级平台高差为20 cm。水池基础设计方案为建基面原土夯实，之上回填300 mm厚3∶7灰土垫层，灰土垫层上浇筑200 mm厚C25素混凝土底板，池壁为300 mm厚C25钢筋混凝土。为防止渗漏，在后来施工过程中，将C25普通混凝土变更为C25抗渗混凝土(抗渗等级P6)，基础处理及其他仍按原设计施工。

2 主要施工过程及存在问题

2.1 主要施工过程

该项目水景观池机械开挖至设计标高后，人工务实建基面后，采用3∶7灰土分两层回填，然后绑扎池壁、蓄水池顶板钢筋，模板支护用钢管固定，并在池壁外侧用铁丝斜拉、钢管斜撑，防止池壁模板倾斜。水池池壁、池底板采用C25商品混凝土(抗渗等级P6)一次性浇筑，浇筑完成后，用塑料薄膜覆盖，连续养护14天。

2.2 存在问题及处理方法

水景观池蓄水运行后，一、二级平台出现裂缝，最大缝宽超过2 mm。裂缝病害处理方法：(1)分别在水景观池距池壁14 m、26 m、38 m处增设3道横向伸缩缝，伸缩缝宽度为15 mm～20 mm，深度为120 mm～150 mm。(2)伸缩缝采用切割法凿除成型，清理干净，然后下部9 cm～12 cm采用沥青砂浆填充，上部3 cm采用环氧树脂砂浆填充找平压光。目前，水景观池裂缝变化微小，无明显新增裂缝。

3 混凝土裂缝成因分析

混凝土裂缝是混凝土结构由于内外因素的作用而产生的物理结构变化，直接影响着混凝土结构物承载能力、耐久性及防水性能，且存在一定的安全隐患。综合分析，该水景观池混凝土裂缝主要为干缩裂缝、温度裂缝。

混凝土浇筑终凝后，未及时养护，表面水分蒸发迅速，即引起的干缩裂缝。通常干缩裂缝多为表面性裂缝，缝宽在0.05 mm～0.2 mm之间，走向无明显规律性，一般产生在露天养护后，在表面或侧面出现，随温度、湿度变化逐渐发展[2]。是由于养护不当，表面水分散发过快，使混凝土内外不均匀收缩引起表面裂缝，另外，混凝土收缩变形受基础、垫层等约束也可能出现干裂，或者材质不均、细骨料含泥量过大也会导致形成干缩裂缝。

施工期温度过高，尤其在炎热夏季浇筑混凝土，易产生温度裂缝。主要原因是混凝土内部和外部温差较大，深进和贯穿性裂缝大多由于结构降温较快，内外温度较大或受外界约束而出现的裂缝。

需要注意的是，地基处理加固不彻底还可产生不均匀沉降裂缝，这类裂缝大多为贯穿性裂缝，走向多为45°～90°扩展，缝宽与不均匀沉降值成比例[3]。形成的主要原因是地基处理存在缺陷或基础加固处理不彻底，也可能是基础受到破坏、模板和支撑体系固定不牢固，引起结构形成不均匀沉降裂缝。

4 预防混凝土裂缝要点

4.1 混凝土原料及配合比控制

原料的质量是影响混凝土结构是否会出现裂缝的主要原因之一，即使施工技术、施工方案再好，混凝土原料不符合配制要求，也难以达到混凝土结构的设计使用功能，在选用时应当结合不同混凝土的特点和性能，严格控制其施工配合比，从而达到科学拌和的比例。对于大体积混凝土，还可从水泥选择、用量控制及水灰比等为出发点，降低结构裂缝。例如，选取水泥时，尽量选用水化热程度较低的水泥，将水化热产生的热量予以控制，确保其与施工气温相差较小，有效控制混凝土内外温差，降低裂缝发生。此外，对于混凝土来说，外加剂的使用已成了提升混凝土性能的重要原料之一，在混凝土中加入一定量的高效减水剂、引气剂等能够有效降低混凝土所需用水量，同时还能降低胶凝材料的使用量。

4.2 干缩裂缝预防要点

防止和减少混凝土结构干缩裂缝的措施有：①按照规范要求合理设置伸缩缝，有防水要求的必须设置止水举措；②降低水灰比，减少水泥用量，改善混凝土的性能；③合理选择配筋率，配筋率不宜过高，构造筋设置应均匀分布，避免发生应力集中产生裂缝；④及时对混凝土进行养护，正常情况下，浇筑12 h以内要对混凝土进行覆盖，并采用相应的保温措施，缩小降温过程温差，并适当延长养护时间。

4.3 温度裂缝控制要点

在水利工程混凝土施工中控制好混凝土的施工温度是控制裂缝产生的重要环节[4]。对于大体积混凝土，要采用分层浇筑方式进行，避免内外部温差过大产生温度裂缝，实际施工中通常采用人工降温方法，尤其在夏季，采用预冷骨料、浇筑后覆盖喷洒冷水等降低混凝土温度。尽可能地减少混凝土水化热过程中聚集的热量，选择合适的外部环境浇筑混凝土，如施工组织上安排春秋季多浇，夏季早晚浇、正午不浇等，还可通过预埋冷却水管，通过循环冷水降温冷却，防止温差过大形成混凝土裂缝。

4.4 不均匀沉降裂缝控制要点

不均匀沉降裂缝多为基础处理不彻底，致使混凝土结构不均匀沉降引起裂缝，其防治要点为依据地基条件，选用合理的施工措施加固基础，避免基础出现不均匀沉降，亦或在合理位置设置沉降缝，减少混凝土结构裂缝。

4.5 外加剂使用要点

混凝土外加剂的使用也是影响混凝土产生裂缝的一个重要因素。因此要正确选择和控制混凝土外加剂的使用，如膨胀剂虽具有补偿混凝土干缩和密实混凝土、提高混凝土抗渗性和延迟初裂时间等，但如果不加强早期混凝土养护，则裂缝发展速度比较快，宽度也相对较大。减缩剂能有效延迟初裂时间，并且降低裂缝发展速度和缝宽。因此，减缩剂具有显著的抗裂效果。

5 混凝土裂缝处理措施

5.1 表面裂缝

混凝土表面裂缝可以通过涂抹1～2遍环氧胶泥处理裂缝，也可以将裂缝附近表面的混凝土凿毛，或者沿裂缝方向凿成深15 mm～20 mm、宽100 mm～200 mm的V型槽，清理干净并洒水湿润，处理时先刷一道水泥浆，然后用1∶2左右水泥砂浆分3层涂抹，总厚度应控制在2 cm左右；水工混凝土结构有防水要求时，还需用水泥泵浆交替摸压5层刚性防水层，洒水养护。