水工建筑物混凝土裂缝的预防及处理-建筑设计论

水工建筑物混凝土裂缝的预防及处理
陈长波
摘要:本文简要分析了水工建筑物混凝土裂缝的主要影响因素，提出了主要预防措施及处理方法。
关键词:水工建筑物；混凝土裂缝；预防；处理
1引言
1.1水工建筑物
水工建筑物是指为开发利用和保护水资源，减免水患而修建的承受水作用的建筑物。水工建筑物可按使用期限和功能进行分类。按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物；按功能可分为通用性水工建筑物和专门性水工建筑物两大类。其中通用性水工建筑物，主要有挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、输水建筑物、河道整治建筑物；专门性水工建筑物，主要有水力发电专用建筑物、灌溉和供水专用建筑物、港口专用建筑物、过坝专用建筑物及设施等。水工建筑物的主要特点有：受自然条件制约多，地形、地质、水文、气象等对工程选址、建筑物选型、施工、枢纽布置和工程投资影响很大；工作条件复杂；施工难度大 ，在江河中兴建水利工程，需要妥善解决施工导流、截流和施工期度汛；大型水利工程的挡水建筑物失事，将会给下游带来巨大损失和灾难。
1.2混凝土的特性
混凝土是由胶结材料，集料、骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。
混凝土本身是一种非均质脆性材料，在混凝土硬化过程中存在微孔隙、气穴和微裂缝。当混凝土受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断地扩展，最终形成混凝土裂缝。由于裂缝的存在加之水等因素的影响通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低混凝土的使用能力。裂缝是水工混凝土建筑物最常见的病害形式之一。裂缝的存在加速了混凝土的老化，降低了混凝土结构物的使用寿命，严重的裂缝还会产生安全问题。
因此，我们在修建水工混凝土建筑物时要尽量预防混凝土裂缝的发生，并且做到发现裂缝及时有效的进行处理。
2水工建筑物混凝土裂缝的预防
混凝土裂缝的产生原因很多，有自身的变形引起裂缝，如温度变化、收缩、水分蒸发不均匀、基础不均匀沉陷等引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝，如超载等引起的裂缝；有环境因素引起的裂缝，如环境水侵蚀等引起的裂缝；有设计、施工和养护等人为因素引起的裂缝，如结构设计不合理等导致裂缝产生。在实际工程中要根据实际情况加以预防和处理。
按成因分类，混凝土裂缝大致分为自身变形裂缝，外载裂缝，环境裂缝，人为裂缝。
2.1自身变形裂缝
2.1.1自身变形裂缝的成因
引起自身变形裂缝的因素很多，主要有温度变化，收缩，水分蒸发不均匀，基础不均匀沉陷。在混凝土硬化过程中，大量的水化热导致其内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外较大的温差。较大的温差使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。施工中的混凝土，温差变化比较大，尤其是混凝土受到寒潮的袭击等，都会导致混凝土表面温度急剧下降，从而产生收缩。表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，从而产生裂缝。通常此种裂缝在混凝土表面范围内出现，导致钢筋的锈蚀、混凝土的老化，降低混凝土的性能。由温度引起的裂缝通常称为温度裂缝。当混凝土内外水分蒸发不同时，混凝土表面受外部条件的影响水分损失过快变形较大，内部变形小，产生较大的拉应力从而产生裂缝，此种裂缝称为干缩裂缝。在凝结前，混凝土表面因失水较快而产生的收缩。由于混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂，此种裂缝称为塑性收缩裂缝。因为结构地基土质不匀、松软或因填土不实或浸水而造成不均匀沉陷，或由于模板刚度不足、模板支撑间距过大或支撑底部松动所致的裂缝，称为沉陷裂缝。特别是在冬季施工，模板支撑在冻土上，解冻后产生不均匀沉降，导致混凝土结构产生沉陷裂缝。
2.1.2自身变形裂缝的预防
混凝土自身变形裂缝主要与其水灰比、水泥成分、水泥用量、集料性质和用量、外加剂用量、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等有关，因此预防混凝土自身变形裂缝，应遵循以下原则：严格选取混凝土原材料；采用优质掺合料措施；控制混凝土表面水分的蒸发速度；严格按配合比施工。具体应从以下方面采取预防措施：
⑴选用收缩量较小、干缩值较小、早期强度较高的低碱水泥，一般采用硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥或粉煤灰水泥；选用碱活性小的砂石骨料，选用低碱或无碱的外加剂；
⑵严格控制水灰比，适当掺加减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥和水的用量；
⑶严格控制混凝土施工配合比，保证混凝土级配良好，改善骨料级配，通过掺加粉煤灰或高效减水剂等，来减少水泥用量，降低水化热；
⑷改善混凝土加工工艺，采用“二次风冷”新工艺，降低混凝土的浇筑温度，大体积混凝土应合理安排施工工序，分层分块浇筑，加强散热，必要时内部设置冷却管道，通过冷水或者冷气冷却，减小混凝土的内外温差；
⑸施工前对松软土、填土地基进行必要的夯实和加固；
⑹浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透；
⑺保证模板有足够的强度和刚度，在冻土上支撑模板时采取一定的预防措施，模板拆除的时间不宜太早，按先后次序拆模；
⑻做好抽排水工作，防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡；
⑼做好混凝土的养护，适当延长养护时间，并加强混凝土的早期养护；高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，寒冷季节混凝土表面应设置保温措施，以防寒潮袭击；及时覆盖塑料薄膜或潮湿的草席、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在同表面喷洒养护剂等进行养护；
⑽预先设置合理的收缩缝；
⑾配置钢筋或者掺入纤维材料，有效的控制混凝土的温度裂缝；
⑿保证钢筋保护层的厚度，必要时在钢筋表层涂刷防腐涂料。
2.2外载作用引起的裂缝
外载作用引起的裂缝主要有两方面的原因，一方面是设计本身不合理或者施工不当造成构件超负荷导致裂缝，另一方面是车辆超载导致裂缝的产生。尤其是超载运输，有关部门不断强调严加管理，但就是屡治不愈。据有关部门调查，载重2.5吨的各类货运车辆，超载超限比例高达30%到85%。这些超载车最大装载率都300%以上，最高达760%，即1辆额定载重2吨的货车，实际运载量达到15吨。据有关部门在一些重点超载地区调查发现，运输车辆几乎100%超载，超载程度一般都在一倍以上，有的达到5至6倍。超载在导致交通事故发生的同时，对于混凝土结构的破坏是严重的。由于超载，混凝土结构的使用性能和使用寿命大打折扣。主要预防措施如下：
⑴对设计严格要求，严把设计审核关；
⑵严格控制超载。
2.3外界环境作用引起的裂缝
对于外界环境来说，主要考虑水对混凝土结构的影响，同时考虑自然环境的变化对混凝土结构的影响，如高温、寒冷、大风等天气。水渗入混凝土结构裂缝中，加速了裂缝的发展，对结构破坏严重。高温、寒冷、大风等恶劣天气对混凝土的硬化过程影响比较大，内外水分蒸发不均匀会导致应力差，从而加速裂缝的产生。预防措施主要有：
⑴做好抽排水工作，防止水浸入混凝土浇结构；
⑵做好混凝土的养护，高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，寒冷季节混凝土表面应设置保温措施，并及时覆盖塑料薄膜或潮湿的草席、麻片等，保持混凝土结构表面水分缓慢蒸发。
2.4人为因素作用引起的裂缝
人为因素作用引起的裂缝，主要有对构件受力分析不当，混凝土配合比不当，原材料不符合质量要求，不按施工规范要求操作，大体积混凝土对水灰比计算不准，现场养护措施不到位，现场拆模不当或拆模过早，施工时使用荷载超负荷。主要预防措施有：
⑴对工程设计严格要求，对设计严格审查；
⑵合理设计施工配合比；
⑶严把原材料质量关；
⑷严格按照施工规范要求施工，做好技术交底工作，在施工过程中要加强检查和监督；
⑸加强混凝土的养护。
3水工建筑物混凝土裂缝的处理
水工建筑物混凝土裂缝的处理的方式大致有三种，即表面覆盖处理、内部灌浆处理、结构补强处理。
3.1表面覆盖处理
混凝土裂缝表面覆盖处理，主要适用于浆材难以灌入、裂缝深度未达到钢筋表面的微小裂缝，用高标号水泥砂浆或环氧树脂等聚合物在其表面上涂膜，以提高其防水性和耐久性。
3.2内部灌浆处理
混凝土裂缝内部灌浆处理，分为压力注入法和真空吸人法两种。压力注入法适用于较深细裂缝，真空吸人法是利用真空泵使缝隙内形成真空，将材料吸人缝内，适用于大量表面裂缝的处理。灌浆处理对某些贯穿性裂缝，对于死缝，可灌注水泥砂浆或环氧树脂等材料，对于活缝或有伸缩性的裂缝，要灌注低弹性的环氧树脂。
3.3结构补强处理
混凝土裂缝结构补强处理，通常采用锚杆、钢板等进行加固， 以限制裂缝伸缩变形的作用， 提高整体稳定性。其具体操作方法是将锚杆、钢板固定在结构混凝土上， 再向裂缝中灌浆， 使裂缝弥合不再继续发展扩张。
4小结
混凝土结构裂缝是普遍存在的问题，很多水工混凝土建筑物受到裂缝的威胁和挑战，裂缝会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，同时会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化， 降低材料的耐久性， 影响建造物的使用寿命。因此，我们要分析裂缝出现的原因，对混凝土裂缝采取合理的方法进行预防和处理，在设计、施工中加强控制，从而确保工程质量
参考文献
[1] 郭仕万，肖 欣，赵和平.混凝土施工中的裂缝控制[ J] .山西水利科技，2000，(11) : 22- 24.
[2] 阎 颖，方立权，张海英.混凝土建筑裂缝成因分析及修补措施[S].水利科技与经济，
2005，(6) : 368.
[3] 于海燕，徐海江，丁昌明等.预防混凝土断板质量通病的措施[J].水利科技与经济，2005，( 12) : 767.
[4] 张明杰，张阿娜，侯晓玲. 中小型水工建筑物混凝土裂缝的成因及处理措施[J].水利科技与经济，2007，13(6):449.
[5] 宋 宇.对完善混凝土结构实体检验方法的几点意见[J].水利科技与经济，2006，(7) : 415.
[6] 樊立波.混凝土裂缝的预防与处理[ J] .黑龙江水专学报，2005，32( 3) : 147.
[7] 李益新，李耀文，刘宝成. 中小型水工建筑物混凝土裂缝产生的原因及处理技术[J].水利科技与经济，2000，6(1):47.
[8] 鲁一晖，孙志恒.水工混凝土建筑物病害评估与修补文集[M].北京:中国水利水电出版社，2001.
[9] 郑万勇.水利工程管理技术[M].西安:西北大学出版社，2002.
[10] 黄国兴，陈改新.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社，1999.
[11] 乔生祥.水工混凝土缺陷检测和处理[M].北京:中国水利水电出版社，1997．
[12] 郝素慧.水工建筑物混凝土裂缝的防治[J]. 同煤科技，2009，(3):34-36.
[13] 朱斯华.水工建筑物混凝土裂缝的成因与控制[J]. 水利建设与管理，2007，(7):66-67.
[14] 李 鹏，林军亮，亢春鸽.水工建筑物混凝土裂缝的成因与控制[J].工程建设与管理，2009，(12):55-56.
[15] 郭卫太.水工建筑物混凝土裂缝成因与预防处理[J].水利工程，2009，(20):47-48.
[16] 崔泌奄.浅谈水工建筑物混凝土裂缝的预防及修补方法[J]. 水利建设与管理，2007，(4):53-54.
[17] 罗贵生. 混凝土裂缝的预防与处理[J].山西建筑，2010，36(11):133-134.