浅谈水利工程混凝土裂缝原因与对策

时间：2024-05-17

杨晓波

（黑龙江省水利第二工程处，黑龙江阿城 150302）

水工混凝土是用于水电水利工程的挡水、发电、泄洪、输水、排沙等建筑物，密度为2400kg/M3左右的水泥基混凝土。经常或周期性地受环境水作用的水工构筑物所用的混凝土。根据构筑物的大小，可分为大体积混凝土（如大坝混凝土）和一般混凝土。大体积混凝土又分为内部混凝土和外部混凝土。水工混凝土常用于水上、水下和水位变动区等部位。中国近30年来建成的大、中型混凝土闸、坝达数百座，其中有的混凝土用量多达1000万立方以上，如长江的葛洲坝工程和台湾省的德基大坝 (坝高达180米)除此以外，河港、农田水利及地下防水工程中也都大量应用。众所周知，混凝土是一种非均匀质的脆性材料，在硬化过程中，由于材料自身原因、温度变化、施工等因素存在着一些细小裂缝，由此可见，混凝土构件一般是带缝工作的，裂缝问题混凝土不可避免损伤。因此，在水工混凝土设计时，必须重视裂缝，分析水工混凝土裂缝产生的原因，再从设计、施工上采取相应的措施，避免有害裂缝的出现，提高结构构件的耐久性。混凝土裂缝处理，是指采取科学的方法对混凝土裂缝进行修复的技术。混凝土裂缝一般有三种状态：静止裂缝，活动裂缝，正在发展的裂缝。混凝土裂缝处理方法的选择一般要考虑的因素：判断裂缝是活动的还是静止的，减少过多的渗漏，加固处理。

1 水工混凝土裂缝产生的原因

在荷载作用下，由于结构的强度、刚度或稳定性不够而出现的裂缝称为荷载裂缝。这类裂缝主要是由于混凝土早期抗拉强度和弹性模量低，在外部荷载的作用下导致结构变形，从而出现裂缝。

1.1 收缩裂缝

干缩裂缝没有规律。由于水工混凝土内外水分蒸，由于表面水分散发过快造成混凝土产生不均积收缩而出现干缩裂缝。在凝土施工成型中，粗骨料沉落挤出水分造成混凝土表面产生较大的干缩，易形成塑性收缩裂缝。

1.2 沉降裂缝

混凝土过早拆模，或者提前增加荷载等，都可直接引起混凝土变形，使水工混凝土产生内伤和断裂。在施工中，不注意保护钢筋，造成板面负筋被踩弯，这样都可以引起支座的负弯矩，出现裂缝。再者，由于地基土质不均匀、或者因模板刚度不够，支撑间距过大或支撑不稳导致沉降裂缝。

1.3 施工裂缝

施工产生的裂缝，原因较多，直接影响水工混凝土的强度，在现场浇捣过程中，由于振捣不当，时间过长或不足；对于大体积混凝土浇注时，对水化热计算不准；施工缝或后浇带留设位置不当；现场养护措施不到位等都会引起施工裂缝。

2 裂缝处理方法

2.1 表面修补法

表面修补法是目前一种简单和常见的修补水工混凝土的方法，该方法主要用在稳定以及对结构承载能力没有影响的表面裂缝和深进裂缝的处理。该方法是在水工混凝土裂缝的表面涂一层水泥浆或在水工混凝土表面上涂刷一层油漆或者是沥青等防腐材料，还可以在水工混凝土裂缝的表面通过粘贴玻璃纤维布来保护。

2.2 封堵法

常用的封堵法为灌浆法和嵌缝法。其中，灌浆法主要用在对结构整体性有影响，或防渗规定水工混凝土裂缝的修补。用压力设备把胶结材料用力压入混凝土的裂缝中，使胶结材料发生硬化后能和混凝土形成一个整体起到封堵加固作用。嵌缝法槽中嵌填塑性，或者刚性止水材料。

2.3 结构加固法

水工混凝土中的裂缝影响到结构的使用性能时，就就应该考虑对混凝土结构进行加固处理。主要利用的原理是：加大结构的截面面积法，构件外包型钢法，预应力加固法、增设支点加固法、粘贴钢板加固法和喷射混凝土补强加固法。

2.4 置换法

置换法是处理水工混凝土严重损坏一种方法，置换法首先将已发生损坏的水工混凝土，接着置换入其它材料或者是新的混凝土。

2.5 电化学防护法

电化学防护法是利用电化学原理，改变水工混凝土所处的环境状态，使混凝土中的钢筋钝化，达到防腐目的。常见的电化学防护方法有：阴极防护法、碱性复原法、氯盐提取法等。电化学防护方法适用钢筋、混凝土防腐，还可以用于已裂混凝土结构的新建结构。

2.6 仿生自愈合法

仿生自愈合法，是模仿自然界中生物组织在受创伤时，受创伤部位自动分泌出特定物质，而使创伤部位愈合。在混凝土中，加入某些物质可以在水工混凝土内部形成仿生自愈合神经网络系统。

3 混凝土裂缝预防措施

为了保证水工混凝土工程的质量，针对上述容易产生的裂缝的原因提出以下防止措施：

3.1 材料方面

施工时采用中热或低热水泥，还要减小水泥的细度和水泥用量。选择粗骨料，选用粒径较大、级配良好质量优良的石子。不但可以减少混凝土中的用水量，还可以水泥用量，减缓混凝土的收缩和泌水现象。选择细骨料时，用中粗砂，控制含泥量，对混凝土裂缝的控制有重要作用。最后，还可以适当掺加粉煤灰，从而达到降低水化热的目的；掺入适量的减水剂，可有效地增加混凝土的流动性，且能提高水泥水化率，增加混凝土的强度，同时可明显延缓水化热释放速度。

3.2 混凝土配合比、配料、搅拌及浇注方面

混凝土在配合比时，现场应该测定砂石的含水率，进行施工配合比调整。在搅拌过程中，应该准确称量原材料，搅拌时间符合规范，严格控制坍落度。混凝土的分层浇注应合理，振捣应均匀、适度，不得随意留置施工缝。浇筑过程中，要控制浇注过程质量，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密，尽量避开高温时段浇注。

3.3 设计方面

混凝土配合比设计时，应尽可能的降低混凝土的单位用水量，采用三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）"的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值”的抗裂混凝土。（1）设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。如因结构或造型方面原因等而不得已时，应考虑采用加强措施。（2）要解决由收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。（3）建筑平面造型在满足使用要求的前提下力求简单。（4）正确设置变形缝的位置，缝的宽度选择要适当，构造要合理。（5）构件配筋要合理，位置要准确，间距要适当，全截面配筋率应在0.3-0.5%之间。

3.4 施工方面

控制施工速度，在混凝土强度没有达到设计强度30%前不进行操作，当混凝土强度达到设计强度后才能承受荷载，加强早期养护。应做好大体积混凝土施工温度测控工作，保证构件内外温差不超过25℃，钢筋绑扎位置要正确，为了防止预埋管线处出现裂缝，应在管线集中处增设垂直于管线的钢筋网片，针对不同性能的混凝土其养护时间严格控制，干燥和阴雨天气应适当增减浇水次数；注重拆模的顺序，拆除模板支撑应从跨中开始。