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水工建筑物混凝土裂缝产生原因及处理方法
作者：李建军 徐兆玄
来源：《中国科技博览》2014年第18期
[摘 要]水工建筑物混凝土裂缝直接影响着水利工程水工建筑物的外观和使用寿命。本文分析了水工建筑物混凝土裂缝产生的原因，并提出了预防措施及处理方法。 [关键词]水工建筑物；混凝土；裂缝；处理方法
中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-02-01
水工建筑物在施工中，混凝土裂缝会使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性和使用寿命，甚至会威胁着人们的生命和财产安全。因此，在水利工程中，应对混凝土的裂缝产生原因应进行仔细分析，并在施工中采取有针对性的处理方法来预防裂缝的出现和发展，已保证水工建筑物的使用安全。 1、水工建筑物混凝土裂缝产生的原因 1.1 塑性收缩裂缝
混凝土在凝固的过程中，会逐渐散热和蒸发，这是引起混凝土体积收缩的主要原因，尤其是一些大体积的混凝土。如果混凝土在收缩时受到外界环境的约束，就会自然的形成收缩应力，当这种应力超出当时混凝土极限抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一。裂缝是材料的不连续现象，属于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影响因素。裂缝的出现，多数在施工期就存在，有的虽然在施工期以后，也多在运行初期5～10年以内，不是由于运行期长工程老化问题，而是早期的问题。裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，裂缝也会引导有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，甚至混凝土结构破坏。
1.2 温差裂缝
温差裂缝是由于混凝土内部和外部之间产生温差所引起的，温差产生的原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。在温度正负交替过程中，混凝土微孔中的水成为结冰或过冷的水，体积膨胀产生冻胀压力，过冷的水迁移产生渗透压力，当两者的附加作用力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就遭受破坏。温差裂缝主要有三种情况：（1）水工混凝土在施工初期，产生大量的水化热，内外的温差使其产生裂缝；（2）混凝土拆模前后，混凝土表面的温度会急速下降，裂缝产生；（3）由于混凝土内部温度到达极限，但是热量散发慢，而产生温差裂缝。施工中的大体积混凝土，主要是由于温差产生裂缝。 1.3 安定性裂缝
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安定性裂缝主要是龟裂，通常是因为混凝土的质量不合格引起的。另外，钢筋因为外界的腐蚀也会引起混凝土裂缝。
2、水工建筑物混凝土裂缝的预防措施 2.1 优化混凝土的设计配合比
采集原材料进行试拌，尽可能地减少水泥用量，添加I级粉煤灰，将水胶比控制在规范允许的范围内，粗骨料采用二级配。掺入适量的粉煤灰对改善混凝土的和易性、降低温升、减少收缩、提高抗侵蚀具有良好的作用。在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。
2.2 加强混凝土养护措施
在混凝土拆模后要挂草帘或铺草浇水，以便养护保湿。混凝土的保养不仅是为了预防初期产生裂缝，还能促进混凝土后期的稳定，保障其承压能力和强韧度。对于混凝土的养护，在现代水利工程施工中，都需要得到充分的认识和重视。由于钢筋锈蚀是氧化反应，氧化是产生锈的主要原因，因此，加强混凝土的密实度，防止空气进入，加强混凝土表面的保护层厚度，预防氧化。在混凝土表面喷涂或涂刷聚合水泥砂浆、沥青、环氧树脂等防腐层。选择抗腐蚀性强的钢筋材料和混凝土材料，避免使用碱骨料等措施，对防止混凝土裂缝有较好的效果。碱骨料化学反应对结构的耐久性影响很大，为控制碱骨料的化学反应，最好选择优质骨料和低含碱量的水泥以及中性拌和水，在提高混凝土密实度的同时合理降低水灰比。 2.3 塑性收缩裂缝的预防措施
首先是要选择合适的材料，一般选用干缩值较小、强度好的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。严格控制水灰比例，掺加高效减水剂来增加混凝土的强度，减少水和水泥的分量。在浇注混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。要及时在混凝土的表面覆盖一层薄膜，保证混凝土的湿度，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。如果在高温和大风天气施工的话，最好设置防风和遮阳的设施，积极保护混凝土结构。 2.4 沉陷裂缝的预防措施
要保证地基的稳定，对松软土的地质结构在施工前要进行必要的夯实和加固。要保证模板有足够的强度和刚度，有较强的支撑力，保证地基的受力均匀。混凝土在浇注的过程中不能被水浸泡，模板的拆除要控制在一定的时间以内，还要注意拆模的先后顺序。在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
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3、水工建筑物混凝土裂缝的处理方法 3.1 表面修补法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，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。 3.2 灌浆、嵌缝封堵法
灌浆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一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。 嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。 3.3 结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。 3.4 混凝土置换法
混凝土置换法是处理混凝土严重损坏的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：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。 3.5 电化学防
电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防、氯盐提取法、碱性复原法是化学防中常用而有效的三种方法。 3.6 仿生自愈合法
仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法，它模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土的传统组分中加入某些特殊组分如含粘结剂的液
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芯纤维或胶囊，在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维可使裂缝重新愈合。
学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以避免的。
