当代科学研究和大量的混凝土工程实践证明, 混凝土裂缝是水利工程混凝土构件中常见的缺陷之一, 是不可避免的, 在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生, 尽可能避免出现裂缝或减少裂缝的数量和宽度, 尤其要尽量避免有害裂缝的出现, 从而确保工程质量。近年来, 现浇混凝土在山东省莱芜市雪野水库灌区节水改造与续建配套工程中得到广泛应用, 本人结合近年来的工作实践谈几点看法。
一、混凝土渠道的结构
渠道的现浇混凝土结构, 一般指8～20cm 混凝土结构, 下部主要有砂砾石垫层、土工膜、沥清防渗膜、保温板、浆砌石结构( 一般原有结构) 等, 有些渠道( 属于直墙) 还需要在原砌石上预打钢筋或挂钢筋网片后浇筑混凝土。莱芜市雪野水库灌区渠道大部分属直墙, 在原砌石上预打钢筋或挂钢筋网片后再浇筑混凝土。
二、混凝土工程中常见的裂缝表现、成因及预防措施
1、干缩裂缝
干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。此类裂缝表现为表面性的, 纵横交错、没有规律、分布不均,但对渠道衬砌混凝土而言, 表面为多沿短边方向分布。主要原因是混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果: 混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快, 变形较大, 内部湿度变化较小, 变形较小, 较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束, 产生较大拉应力而产生裂缝, 相对湿度越低,水泥浆体干缩越大, 干缩裂缝越易产生。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成份、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
主要预防措施: 一是选用收缩量较小的水泥, 一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥, 降低水泥用量; 二是在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用, 同时掺加合适的减水剂; 三是严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比, 混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量; 四是加强混凝土的早期养护, 并适当延长养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保湿覆盖时间, 并涂养护剂养护;五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
2、塑性收缩裂缝
塑性收缩是指混凝土在凝结前,表面因失水较快而产生的收缩。此类裂缝常出现在混凝土表面, 形状规则长短不一, 互不连贯, 裂缝较浅, 一般在混凝土浇筑后4~5h 左右出现。当外界气温高, 风速大, 气候干燥时易出现。原因是混凝土浇筑后未能及时覆盖保湿, 受风吹日晒, 表面游离水分蒸发过快, 混凝土的强度不能抵抗这种应力而裂缝; 水灰比过大, 垫层或模板过于干燥, 吸水率大; 水泥用量过多,过量使用粉砂; 渠道边坡浇筑衬砌混凝土, 由于重力作用, 混凝土下滑。
主要预防措施: 一是选用干缩值较小早期强度高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥; 二是严格控制水灰比, 掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性, 减少水泥及水的用量; 三是浇筑混凝土之前, 将基层和模板浇水均匀湿透; 四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等, 保持混凝土终凝前湿润, 或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护; 五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施, 及时养护。
3、沉陷裂缝
沉陷裂缝常见于渠底。表现为一般与地面垂直或呈现30°～45°方向发展, 较大的贯穿性沉陷裂缝, 往往上下或左右有一定的错距。其产生原因是渠底混凝土下面的地基或垫层压实不均匀, 局部有松软土基, 未经夯实和地基加固处理。
主要预防措施: 一是对松软土填土地基在上部浇筑混凝土前进行必要的夯实和地基加固处理; 二是做好混凝土下部排水设施, 及时排除板下积水, 防止浇筑过程中地基被水浸泡; 三是对下部是保温板的, 要注意连接牢固, 不得产生局部下沉。
4、温度裂缝
温度裂缝较其它裂缝要可表现为裂缝走向通常无一定规律, 大面积结构裂缝常纵横交错, 但一般薄板类的构件和长度较大的构件、裂缝多平行于短边; 深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边平行或接近平行, 裂缝沿长边分段出现, 中间较密, 裂缝宽度大小不一, 受温度变化影响较为明显, 冬季较宽, 夏季较窄。表面裂缝一般出现在施工期间, 进深裂缝或贯穿裂缝一般出现在混凝土浇筑后2～3 个月。原因是浇筑完的混凝土表面温度与内部温度温差过大, 或振捣不密实, 弹性模量过低。
主要预防措施: 一是尽量选用低热或中热水泥, 如矿渣水泥, 粉煤灰水泥等; 二是减少水泥用量, 将水泥用量尽量控制在450kg/m3 以下; 三是降低水灰泥, 一般混凝土的水灰比控制在0.6 以下; 四是改善骨料级配, 掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量, 降低水化热; 五是要振捣密实, 提高弹性模量和抗拉强度; 六是预留温度收缩缝; 七是加强混凝土养护, 混凝土浇筑后, 及时用湿润的草帘、麻片等覆盖, 并注意洒水养护, 适当延长养护时间, 保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节, 混凝土表面应设置保温措施。以防止寒潮袭击。
5、凝缩裂缝
凝缩裂缝表现为混凝土表面呈碎小的六角形花纹裂缝, 裂缝较浅, 常在初凝期出现。原因是混凝土表面过度抹平压光, 使水泥和细骨料浮到表面形成砂浆层, 造成表面凝缩裂缝。表层灰浆过多, 也会出现这种情况。
主要预防措施: 浇筑完的混凝土应抹压1～2 遍( 但不要过多抹压) 并及时喷涂一层养护剂, 并用塑膜覆盖,保湿保潮。
6、冻胀裂缝
冻胀裂缝表现为浇筑完成的混凝土经过几个冻融循环而出现的裂缝,其成因: 一是混凝土配合比不符合要求, 外加剂掺量达不到要求, 抗冻性差, 或水灰比大; 二是混凝土下部防冻胀垫层达不到要求, 存水量过大, 因冻胀而造成混凝土破坏; 三是混凝土在浇筑时浇筑完成后未及时采取保温措施, 造成裂缝。
主要预防措施: 一是配制混凝土时, 应严格控制水灰比和水泥用量, 按要求掺加外加剂; 二是寒冷季节, 在混凝土浇筑时或浇筑完成后及时采取保湿措施; 三是做好混凝土下部排水, 及时排除, 防止冻胀破坏。
7、其他原因引起的裂缝
一是施工缝分缝不科学, 长宽比过大; 二是施工中分缝不及时; 三是不按照规范规程要求施工等。
主要预防措施: 及时按设计要求分缝, 分缝一般不大于3m, 且长宽比小于2∶1。对于机械化衬砌的薄壁渠道混凝土可利用机械本身配备的切缝机具进行切缝。切缝一定要满足设计深度要求。一般不浅于混凝土厚度的0.75 倍。
三、混凝土裂缝的处理
渠道混凝土厚度相对较小, 一般可采取表面修补处理。
1、处理的原则
认真分析裂缝的原因, 根据不同的情况和使用要求, 采取不同的方法。处理后应能保证结构原有的性能, 如耐久性、抗渗性、抗冻性、保温隔垫等功能。充分考虑技术上的可行和施工条件的许可, 力求经济合理、安全可靠、简单易行。另外, 处理方案还需经设计单位批准。
2、处理方法
混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法。
表面修补法: 表面修补法是一种简单、常见的修补方法, 它主要适用于稳定的、干燥的表面及深进裂缝处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥, 在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂, 通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
嵌缝法: 凿槽嵌缝或切槽, 即将裂缝切成深2cm、宽15~20cm 的凹槽, 或人工将裂缝造成宽10cm、深5cm 的V形槽, 在槽内湿润后铺涂预缩砂浆或丙乳砂浆抹平。深进裂缝和贯穿裂缝可按照厚度沿裂缝条状切除, 宽度为20cm, 重新浇筑, 浇筑时, 在混凝土中按设计要求添加适量膨胀剂。
灌注法: 灌注法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补。它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中, 胶结材料硬化后与混凝土形成整体, 从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥砂浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
混凝土置换法: 混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法, 此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其它材料, 常用置换的材料有: 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。
表面贴条法: 表面贴条法适用于移动范围不限于一个平面, 并有防水要求且不便于造槽修补的裂缝处理
