浅论大型泵站防裂技术研究与实践

赵小龙

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730900）

在泵站建设中，混凝土开裂是一个难以避免的问题。所以，对混凝土裂缝的治理技术进行深入的研究，对于我国的泵站工程的建设有着十分重要的意义。

目前，国内对于混凝土裂缝治理已有一定的研究，而将防裂方法应用于工程实践中，已有较多的研究成果。但是，随着我国水泵工程建设进度和工程质量要求的提高，目前关于水泵工程建设中裂缝治理的研究已经无法满足工程建设的要求。因此，在今后的泵站技术发展中，必须要加大对混凝土裂缝处理技术的重视与研究力度，并在研究的过程中，逐渐将混凝土裂缝处理列入到泵工程建设领域中的一个重要研究课题，从而推动我国泵站工程岗的建设质量持续提升。

1 大型泵站混凝土裂缝类型

1.1 塑性收缩裂缝

混凝土生产时会加入很多水，在浇筑时，因操作者的不正确浇筑会造成混凝土大量的水分流失，从而引起混凝土的塑性收缩（塑缩） 开裂。相对于土缩开裂而言，塑性收缩开裂是在混凝土未完全凝固前产生的。当混凝土完全凝固后，在其表面产生裂纹时，可归入土缩裂纹一类。浇筑时，如施工人员对外界环境的控制不够严密，致使混凝土内部、外壁受到日晒或长时间大风的吹拂，就会增加混凝土内部、表面的水分蒸发，造成混凝土内外荷载的差异，从而使混凝土受力不均，极易发生塑性收缩开裂。在塑性收缩型裂缝中，裂缝呈中部宽、两端窄的特点。若不能及时发现或及时处理，不仅会对泵站工程的内部结构造成破坏，还会给以后的使用带来安全隐患[1]。

1.2 温差裂缝

水泥与水的混合物是组成混凝土的主体，在遇到水的时候，水泥会产生明显的水化反应，并产生巨大的热量。混凝土在浇筑过程中，由于表层与内层有较大的温差，使其内部与外部受力不均，从而就会产生温差性裂缝。水泥在水化过程中，其表面会产生大量的热能。在水泥表层上的热一接触到空气就会快速地散发。表层的温度只需很短的一段时间就能降下来，而内层的温度则因为空间的限制而变得比较聚集，不易散发。当内外温差大于临界点时，混凝土内部和外部受力不能得到均匀分布，将产生临界点开裂。

1.3 干缩裂缝

混凝土表面出现干缩裂缝，一般是在养护工作15 d 内。若水泵工程建设企业没有专门的养护团队对硬化混凝土进行科学、合理的养护，就会很容易出现干缩开裂现象。在复杂的混凝土施工环境中，由于受到强烈的自然因素的影响，如比较干燥的天气，会造成混凝土内部和外部的大量水分流失，从而使混凝土表面产生干缩裂缝[2]。如果水分流失太多，混凝土表面将承受很大的应力，一旦受力不均匀，裂缝很可能就会产生。干缩裂缝以网络裂纹为主。在水泵工程建设中，由于干缩裂缝的存在，会导致混凝土自身的抗压强度、抗渗性等性能下降，从而影响到泵站工程的使用品质，进而影响到工程的整体使用寿命。

1.4 沉降裂缝

在混凝土建筑工程中，如遇特殊的地质条件，会造成地基不均匀沉降。在建设施工时，由于地基比较松软，而相关企业也没有按照行业标准，安排专门的技术人员对软地基进行适当的处理，这就使得软地基的稳定性和强度受到影响，进而引起地基沉降的问题，这样在浇筑混凝土的时候，就会出现沉降裂缝。相对于其他裂隙而言，沉降裂缝的深度较大，裂缝的宽度与沉陷深度及沉陷方向成正比。

1.5 施工裂缝

就混凝土构件而言，主要需要经过生产、拆卸、运输、堆放、吊装、使用、拆模等工序。大多数的施工工作都是手工操作，这很容易造成不同类型的纵裂、横裂、斜裂和水平裂缝、贯穿裂缝等问题。另外，混凝土构件运到工地后，工作人员并没有把构件堆放在指定的地方，而是胡乱摆放。在安装时，未安排专门的人员正确地调整吊装的位置。在安装时，因路面条件差，振动过大，会导致混凝土构件损伤，进而影响到其在工程建设中的正常使用，进而影响到工程的顺利进行。

2 泵站混凝土开裂的防治技术

2.1 优化泵站混凝土配比设计

2.1.1 选用适宜品种的水泥

对于泵站混凝土，建议采用水化温度低、水化温度均匀的水泥，如果条件允许，可以选择矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥以及混合水泥。水泥的水化能量强度、密度与水泥的组成、细度、颗粒大小密切相关[3]。在水泥熟料中，二氧化硅具有更快的水化速度和更大的水化率；C3A 的水化速度和C3A 的水解速度都是最快的；混凝土的水化程度随混凝土质量分数的增大而增大。在热密度大的情况下，裂纹会比较大，而且比较严重；混凝土颗粒级配紧密，粒径大、细的混凝土体系不易形成连续均匀的混合体，造成了其抗张性能较低。因此，在严格控制水化温度的同时，还需要对水泥的成分和物理性质进行检测，从而确定混凝土的适用范围。

2.1.2 增加粉煤灰掺量，使用高效减水剂

在混凝土中加入粉煤灰，不仅可以改善其工作性能、泵送性、抗渗性，而且还可以减少水渍化现象，使混凝土表面得到改善，并对其抗压性能起到很大的作用；特别是对于混凝土的防裂有着极大的帮助。

实验表明，在相同质量的水泥中加入10 kg 以上的粉煤灰，可使混凝土的温度下降1 ℃。因此，通过在混凝土中掺入大量粉煤灰，可以达到减少水泥用量、减小黏结剂材料水化速率的目的。

2.1.3 掺入有膨胀剂组分的外加剂

通过添加微量膨胀剂来弥补混凝土的局部收缩，达到控制温差的目的。以U 型膨胀剂（United Expansing Agent，UEA） 为例，在补缩混凝土中加入10%～12%的膨胀剂时，其膨胀极限值为0.02%～0.04%。并有0.7 MPa 的预应力，可有效地抵消混凝土在硬化阶段所引起的拉伸应力和收缩应力，从而实现了混凝土不开裂或少开裂的目的。

2.2 出现裂缝后的处理方法

2.2.1 表面修补法（表面修复法）

该方法尤其适合于在不影响结构稳定及承载力的情况下，对表层及深层裂缝进行处理。一种常用的办法就是用水泥砂浆、环氧树脂灌浆，或者用油漆、沥青和其他防腐蚀物质来修补裂缝。一般可利用粘合剂等裂缝处理的方法进行表面处理。

2.2.2 嵌缝法

嵌缝法是一种最常见的修补裂缝的方法，通常是沿裂缝开槽，然后在沟槽内注入塑料或硬水来修补裂缝。常见的塑料原料有：PVC 胶粘剂、树脂软膏、丁基橡胶；最常见的硬质防水材料为聚合体物泥浆[4]。

2.2.3 结构加固法

在混凝土结构中，如果出现了裂缝，将会对其性能造成一定的破坏，因此可以采用结构加固法对其进行加固。对其进行结构加固的方法有：增大截面面积、在构件的拐角上包钢、预应力加固、钢板粘接、加支筋、喷浆加固等。

2.2.4 混凝土替代法（置换法）

混凝土替代法是一种对损伤较大的混凝土进行修复的有效手段，但首先要将损伤的混凝土去除，然后再用新的混凝土或其他材料替代。目前，最常见的替代物有：普通混凝土或水泥砂浆，聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

3 大型泵站混凝土防裂保障措施

3.1 施工设计

目前，我国建筑界普遍采用C40～C50 级的大体积混凝土，具有较高的强度，可用于高层建筑施工。若超出此值，或配制过程中未掌握好配比，则会造成混凝土内水含量超标，使水化反应强度增加。当水化作用越来越强烈时，水泥中将会释放出大量的热量。如泵站混凝土因内部温度未得到有效控制，与外界温差大于35 ℃，就会因内应力分布不均，导致其表层开裂。为此，工程建设单位必须根据泵站工程建设需要及建筑物功能需要，选用最适合的混凝土等级，在施工前要做好整体设计。

另外，对于大体积混凝土的内部结构设计，工作人员需要进行如下工作：一是选用高质量的钢筋，并将它们放置在适当的位置上。在工程建设中，除选用高强钢筋外，还应对工程中的钢筋存放位置进行合理配置。不同的位置布置，对混凝土内部结构的影响是不一样的。当放置不当时，会引起混凝土开裂问题。在选用钢筋时，要保证其直径不得大于14 mm，并且钢筋之间的间隔为120 mm。保证在整个工程结构中，钢筋的配置率在99.7%以上，整体配筋率在99.5%以上。二是工作人员要对施工场地的地质情况进行勘察，在勘察资料的基础上，对混凝土进行科学、合理的设计。若建筑地基为岩体，应在混凝土内垫层上加设滑动构造，可采用一毡二油或者一毡一油的形式。若施工场地土质松软，则应首先对软弱土层进行硬化，然后再浇筑混凝土。三是在混凝土浇筑完毕后，角部和孔部的强度通常低于其他部位，为了保证两种内层结构在断面上不发生突变，可增加钢筋使两种内层结构的强度得到增强。在工程实践中，由于混凝土的用量较大，且混凝土的铺装面积较大，因此，不能在混凝土浇筑时设置施工缝、变形缝。但在浇筑完毕后，工作人员可对施工缝进行微调，既可减轻混凝土凝固时的受力，又可保证内部结构不产生影响质量的小变形。

3.2 施工方式及其注意事项

在具体工程实践中，工作人员要根据混凝土自身特点及贮存特点，合理选用原材料，制订出一套完整的运输及施工方案。通常情况下，因货车在运输时的颠簸，混凝土内部结构会有细微的改变。对此可选择离施工地点最近的混凝土工厂进行采购，这样既能缩短运送时间，又能保证混凝土材料的质量。在配制混凝土时，应选用适当的振动器，使其均匀地振捣，确保混凝土内部不产生蜂窝。另外，在拆模前，必须保证混凝土已完全固化，内部结构已稳定，且在拆模前，内部、外部温差不超过15 ℃。拆模时，要在混凝土表面洒上膨胀剂、细矿物粉末，合理安排施工时间，使其快速拆模。为了对混凝土进行内部降温，可以在尚未凝固好的大体积混凝土中设置水管，然后向水管中注入冷水，使其内部温度下降，以起到预防裂缝的作用。

3.3 进行科学合理的养护

3.3.1 保持温度稳定

施工人员在进行泵站混凝土防裂时，应注意控制好混凝土内外的温差，以避免混凝土表层产生裂缝。一般情况下，在混凝土浇筑完毕后，与混凝土内部的温度相比，施工环境中的温度要低一些，因此，要求工作人员能够有效地控制内部、外部温差，保证其温度变化不超过20 ℃。即便是混凝土已经完全固化，本身的硬度和抗裂性都很好，但工作人员还是需要把混凝土的内部、外部温差控制在35 ℃以内，这才可以确保混凝土的内部结构和表面的强度稳定，才可以防止在后期使用过程中产生裂缝。在进行降温作业时，工作人员可根据需要，选择内部降温法。由此可见，要提高大型泵站混凝土的浇筑质量，就必须把内部和外部的温差控制在规范要求的范围之内。

3.3.2 做好保温措施

通常，内部和外部温差过大，会导致混凝土产生裂缝。因此，施工人员在浇筑完毕后，必须对周围的温度进行适当的控制，才能有效地避免混凝土表面产生裂缝。在混凝土浇筑完毕后，可在其表面覆盖一层保温薄膜层，以减缓其内部温度冷却速率。工作人员应依据其自身技术指标及建筑用途，选用适当的保温材料。保温薄膜层的厚度要控制在一个合理的范围之内。若其厚度过厚或过薄，都会影响其自身的降温速率。当速度不均匀时，将使混凝土内部和外部的温差增大，从而引起混凝土的裂缝。通过对内部和外部温度的控制，可以保证内部和外部温度的均匀性。若采用较厚的绝热层，则会使混凝土表层温度比其内部温度低，从而引起热应力不均匀，甚至产生表层裂缝。若层厚过大，则会使其内部温度比外界温度高。如果混凝土中的温度太高，则会降低其自身的强度，从而使其产生裂缝的概率增大。

4 结束语

综上所述，在泵站施工中，混凝土裂缝治理问题的研究，对整个泵站施工质量和未来的发展起着举足轻重的作用。但是，由于造成混凝土裂缝的原因是多方面的，而且在国内的泵站工程中，对混凝土裂缝的处理也没有深入的研究，因此在实践中很难得到应用。所以，在未来的泵站工程发展过程中，必须要强化对泵站工程混凝土裂缝处理的研究，而且要从裂缝的多个成因出发，探索出更好、更有效的对泵站工程裂缝进行处理的方法和措施。