水利工程混凝土裂缝成因及其控修方法.pdf

第 3 2卷第 1期 2 0 1 1 年 2月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No ah C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 2 No 1 Fe b 2 01 l 文章编号： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 1 l 0 l一 0 0 3 7 0 3 水 利工程混凝土裂缝成 因及 其控修方法 施观 宇 ( 河北省邢 台朱庄水库管理处 ， 河北 邢 台 0 5 4 0 0 0 ) 摘 要 ： 分析了水利工程 中混凝土裂缝 的种类及成 因， 并 提出了若 干裂缝 预防措施 和修补方法 ， 可为工程实践 提供参考 关键词 ： 混凝土 ； 裂缝 ； 成 因 ； 预 防； 修补 混 凝土 在水 利 工 程建 设 中有 非 常 重要 的作 用 但混凝土结构易产生裂缝 ， 有 些混凝土裂缝直接影 响建筑物的使用 ， 以致局部返工或构件的报废 裂缝 的产生与温度 、 荷载、 材料等多种因素有关 关 于温 度造成的裂缝 已有大量研究文献 ， 笔者着重研究 了 除温度以外的因素造成的混凝土裂缝 ， 然后提 出若 干有针对性的预防措施和修补方法 1 混凝 土裂缝分类及其成 因 根据裂缝的宽度将裂缝分为宏观裂缝和微观裂 缝 2类 微 观裂缝 是指 裂缝 宽 度 一 般 在 0 0 5 mm 以 下， 肉眼看不到的、 不连贯 的、 混凝 土内部 的一种裂 缝 ， 数量上比肉眼可见的宏观裂缝多很多 在荷载不 超 过设 计规定 的条件 下 ， 微 观裂 缝一 般视 为无 害 ， 但 它是诱发早期裂缝 的潜在因素 根据裂缝 能否 自 愈合又可以将裂缝 分为 自愈合裂缝 和非 自愈合裂 缝 自愈合裂缝是指裂缝 出砚 后的一段时间内可 以 闭合的一种裂缝 非 自愈合裂缝是指裂缝 出现后持 久不 变或 继续 开展 的一 种裂缝 1 1微观 裂缝 a 界面裂缝 ： 指存在于砂浆和骨料粘结面上的 裂 缝 这种裂 缝 生成 的 一 个原 因是 在 混 凝 土 硬化 过 程 中， 砂浆的水化作用和收缩 引起砂浆体积变化 而 产生应力 ， 使砂浆和骨料之间的粘结力丧失 ， 而形成 的分布无规律 的微细裂缝 另一个原因是在混凝土 成型后 由于泌水作用 ， 使某些上升的水分被骨料所 阻 ， 而聚集于粗骨料的下缘 ， 妨碍粘结而成裂缝 这 种裂缝 对 混凝 土 的变形性 质 有重要 的影 响 b 砂浆裂缝 ： 指砂浆本身产生的裂缝 产生的原 因主要由于水泥含碱量和温度变化引起砂浆膨胀 这 种裂缝常常在受力或其他因素的作用下， 连接邻近的 界面裂缝而形成连续裂缝 ， 使混凝土遭到严重破坏 c 骨料裂 缝 ： 指骨料 颗粒 内部 产生 的裂 缝 这 种 裂缝 在 骨料 ( 石料 ) 开 采 和轧 碎 过 程 中 一 般 沿 着 石 质 或成 岩的纹 理产 生 1 2宏 观裂缝 a 收缩裂缝 ： 混凝土浇筑的短时间内， 水泥水化 热使大体积构筑物 内外温差逐渐加大 外部混凝土 降温快趋于收缩， 内部混凝土降温慢未收缩 ， 则外部 混凝土受内部混凝土的约束而受拉 ， 超过混凝土的 允 许拉 应力 时产 生 裂缝 混凝 土 的收 缩 主要 有 塑 性收缩 、 缩水收缩( 干缩) 、 自生涨缩和碳化收缩 其 中塑性收缩和缩水收缩是发生混凝土体积变形的主 要原 因 b 沉陷裂缝 ： 混凝土浇筑后其 内部断面会不断 沉降， 混凝土开始凝结时沉 降部分如遇到钢筋或模 板连接螺栓等便会立 即产生裂缝； 另外模板 的摩擦 阻力 也会 导致 混凝 土 表 面 产 生沉 陷裂 缝 这 种 裂缝 多为进深或贯穿性裂缝 ， 一般发生在柱或者一些 狭 长构件的边角或构件竖向变截 面处， 如 T梁、 箱 梁 腹板与顶底板交接处 c 钢 筋锈 涨裂 缝 ： 处 在水 位 变 动 区 的钢 筋 混 凝 收稿 日期 ： 2 0 1 01 11 2 作者简介 ： 施观宇 ( 1 9 8 3 一 ) ， 男 ， 山东 临清人 ， 助理工程师 ， 主要从事水利工程施工 、 管理及大坝监测等方 面的研究 3 8 华北水利水电学院学报 2 0 1 1 年 2月 土构件 中混凝土保 护 层遭到 破坏或 由于构 件周 围氯 化物含量过高中和了混凝土的碱性基体， 进而引起 钢筋表面氧化膜破坏 ， 潮湿环境 中钢筋 中的铁离子 与侵入到混凝土 中的氧气和水分发生锈蚀反应 ， 生 成的锈蚀物氢氧化铁体积 比原来增大约 2 4倍 ， 铁 锈体积膨胀 ， 对周围混凝土挤压 ， 使混凝土涨裂 d 荷载 裂缝 ： 混 凝 土结 构在 未 达 到设 计 要求 强 度时受外界荷载作用而造成的变形或者达到设计要 求强 度受到 常规静 、 动荷 载及 次应 力 下产 生 的 裂缝 称 为荷载裂缝 ， 后 者一般 出现较 多且 为贯穿裂 缝 e 龟裂裂缝： 施工阶段因配料、 搅拌、 浇筑、 养护 等各环节的操作不当或水泥安定性不好而产生 ， 其中 以养护环节操作不当和水泥的安定性不好为主 裂缝 成龟壳状或散射状， 无规律， 长度、 宽度均不一致 f 疏 松裂缝 ： 混凝 土运输 过程 中材 料 离析 、 水 泥 混凝土浇 筑时 因下料 不均 或 因漏 振 、 过 振 而产 生 的 疏松状 态裂缝 如果 它延续到 混凝 土表面 ， 很 容 易发 现 ， 反 之则不能 直接 显现 出来 这种 疏松带 往往 长度 不等 ， 视 下料 或振捣 情况而 异 2 混凝土裂缝 的预 防措施 很 多 裂缝 的产 生 原 因不 是单 一 的 ， 可 以在 由设 计到施工的各个环节 中采取严格措施 ， 预防或减少 裂缝 的产生 2 1设计措 施 a 精心设 计混 凝 土 配合 比 在保 证 混 凝 土有 良 好工作性能的前提下 ， 尽量降低混凝土的单位用水 量 ， 采用“ 一高( 高粉煤灰掺量) 二掺( 掺高效减水剂 和高性能引气剂 ) 三低 ( 低砂率 、 低坍落度 、 低水灰 比) ” 的设计准则 ， 从 而生产 出高强、 高韧性、 中弹 、 低热和 高极拉直 的抗裂 混凝土 b 结构设计中应充分考虑施工时的气候特征 ， 合 理设 置后浇缝 ， 保 留时 间一 般不小 于 6 0 d ， 必要 时 也可根据具体施工条件， 作临时设计变更 c 要尽量避免构件的形体突变而造成的应力集 中； 不可避免时， 要采取构造措施 ， 例如转角处做成 圆角、 突变段做成渐变过度段 ， 还要加强构造配筋， 对于较 大孔洞 的周边 要设置 护边角 钢 d 应在 易裂 的边缘 部 位设 置 暗 梁 ， 提 高该 部 位 的配 筋率和混 凝土 的拉伸极 限 e 增配构造筋提高抗裂性能 配筋应尽量采用小 直径、 小间距， 全截面的配筋率应在 0 3 一 0 5 之 2 2施工措 施 a 严格控 制混 凝 土原 材 料质 量 和技 术 标 准 选 用低水 化 热 水 泥 ； 粗 细 骨 料 的 含 泥 量 应 尽 量 减 少 ( 控制 在 1 0 1 5 以下 ) 骨料在 大体 积混 凝 土 中所 占比例 一 般 为 混 凝 土绝 对 体 积 的 8 0 8 3 为宜 ， 砂子中石粉 比例一般在 1 5 1 8 为宜 b 严格控制搅拌时间， 根据构件外形分部浇筑； 采用综合措施 ， 控制混凝土人仓温度 ； 加 强浇 筑振 捣 ， 可根据 情况 采取二 次振捣 c 尽可 能 晚拆 模 ， 控 制 拆模 后 混 凝 土表 面 温 度 不应 下 降 1 5 以上 ； 使 现场 混凝 土养护 条件最大 可 能 的接 近于标 准条件 3 混凝土裂缝常见的修补方法 在水利工程中有些混凝土裂缝在有水流出入时 能够 因有混凝 土 析 出物 的填 充 而 自愈 合 ， 还 有些 混 凝土裂 缝不 能够 自愈 ， 对 于 这些 裂 缝 通 常采用 以下 万法进 行修补 a 表 面修 补法 ： 在 混凝 土裂 缝 表 面涂 刷涂 料 的 一 种简单、 常见的修补方法 它主要用于裂缝宽度在 0 3 m m以下 的对 结构 稳 定 和 承 载 能 力 没 有影 响 的 表面裂缝处理 通常是在裂缝的表面涂抹干水泥粉 然后少 许 的喷洒 水 ， 或用 环 氧 胶 泥 、 油漆 、 沥 青 等 防 腐材料 涂刷 在混 凝 土表 面 ， 对 于水 平 的 混凝 土 表 面 裂缝还可以用粘土、 塑胶之类的材料在裂缝周围做 一 道临时“ 围堰” 将低粘度的聚合物液体注入 ， 让聚 合物液体在重力作用下侵入裂缝 内 这种方法虽然 不 能完 全填满裂 缝 ， 但 是 能够 封 堵裂 缝 表 面 防止 二 氧化碳和水分的侵入， 有时为了防止混凝土受各种 作 用 的影 响继续 开 裂 ， 还 可 以采 用 在裂 缝 的表 面 粘 贴 玻璃 纤维布 b 灌浆法 ： 利用压力设备将填缝胶结材料压入 裂缝中的一种修补方法， 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 它常用于 对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的 修补 通常在裂缝上隔段距离打一灌浆孔 ， 从裂缝的 一 端开始沿着裂缝一段一段的将填缝胶结材料压入 灌浆孔 内， 对于斜面或垂直面上裂缝灌浆要从最低 的灌浆孔开始逐步往上进行 c 嵌缝法 ： 沿裂缝凿槽 ， 在槽中嵌填止水材料以 达到封闭裂缝的目的一种修补方法 它常用于无筋 混凝土中受水压不大且裂缝宽度大于 0 5 n fl n l 的宽 缝处 理 沿 裂 缝 长 度 方 向 开 凿 的键 槽 可 为 矩 形 、 V 形 、 u形 或 倒 梯 形 ， 在 键 槽 内可 填充 塑 性止 水 材 料 ( 聚氯乙烯胶泥、 塑料 油膏、 丁基橡胶等 ) 或剐性止 水材料( 丙乳砂浆) d 结 构加 固法 ： 在构 件 的 表 面采 取 构造 措施 来 第 3 2卷第 1 期 施观宇 ： 水 利工 程混凝土裂缝成因及其控修方法 3 9 恢复构件性能的一种修补方法 当裂缝影响到混凝 土构件 的性 能时 采 用此 法 常 采 取 的构 造 措 施通 常 有 ： 在构件的角部外包型钢 、 在构件外部添加钢筋或 预应力锚索 、 粘贴钢板、 增设支点、 加大构件截面面 积 、 喷射混凝土补强等 e 混 凝 土置换 法 ： 剔 除裂 缝周 围的混凝 土 ， 然后 置 人新 的混凝 土 或其 他 材 料 一 种 修 补方 法 它是 处 理 受裂 缝渗 水严 重 侵蚀 的混 凝 土 的一 种有 效方 法 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及砂浆 除 上述 常见 处理方 法 之外 ， 还有 真空 侵渍 技术 、 电化学保护法、 仿生 自愈合法等 真空侵渍技术为一 种 专利 技术 ， 就是 用不 透气 的塑 料薄 膜将 构件 包裹 ， 然后抽取薄膜 内空气， 注入树脂浆液依靠大气压力 使其侵渍到混凝土表面裂缝 中 电化学防护法就是 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或使钝化钢筋 仿 生 自愈 合法 就是 在混凝 土 的传统 组分 中加 入某 些特 殊组分 ， 使混凝土内部形成智 能型仿生 自愈合神经 网络系统 ， 裂缝出现时分泌 出液芯纤维可使裂缝重 新 愈合 4 结语 实际中裂缝产生 的原因并不是单一的， 在具体 施工 、 运用中应结合多种预 防处理措施尽可能减少 裂缝 产 生 ， 对 已有 裂缝应 多 观察 、 多 比较 、 多 分析 、 多 总结 ， 及时采取合理有效 的措施进行修补 参 考 文 献 1 王铁梦 建筑物 的裂缝 控制 M 上 海 ： 上海 科技 出版 社 ， 1 9 8 7 2 富文权 混凝 土工程 裂缝 分 析与 控制 M 北京 ： 中 国 铁 道 出版 社 ， 2 0 0 2 3 赵 国蕃 钢筋混 凝 土结 构的 裂缝控 制 M 北京 ： 海 洋 出版社 ， 1 9 9 1 4 王铁梦 钢筋混凝土结构 的裂缝控 制 J 混凝 土 ， 2 0 0 0 ( 5)： 36 5 鞠艳丽 ， 张雄 混凝 土裂缝 防治 的两种新 方法 J 施工 技术 ， 2 0 0 2 ( 7 ) ： 2 8 S t u d y o n C a u s e s a n d C o n t r o l r e p a i r M e t h o d s o f C o n c r e t e C r a c k s i n Wa t e r P r o j e c t C o n s t r u c t i o n SHI Gu a n y u ( He b e i P r o v i n e a l Xi n g t a i Z h u z h u a n g Re s e r v o i r Ma n a g e me n t O f fi c e，Xi n g t a i 0 5 4 0 0 0，C h i n a ) Abs t r ac t：Th i s pa p e r a n a l y z e s d e t a i l e dl y t h e c l as s i fic a t i o n a nd c a us e s o f t he c o n c r e t e c r a c ks ，a n d p ut f o r wa r d s o me p r e v e nt i v e me a s - u r e s a nd r e p a i r me t ho d s Th i s c a n p r o v i de r e f e r e n c e s f o r e n g i ne e r i n g p r a c t i c e s Ke y wor ds ：c o nc r e t e；c r a c k；c a us e；p r e v e n t i o n；r e p a i r ( 责 任 编 辑 ： 陈海 涛 )