剖析水利工程混凝土裂縫防治策略

何小紅

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摘要：水利工程施工中，混凝土出現(xiàn)裂縫是常見病害之一，裂縫一旦形成后對工程質(zhì)量會造成很大影響，如不及時處理長期被水浸蝕后，降低水利工程的實際使用壽命，因此必須加強對混凝土裂縫的質(zhì)量控制。本文在此從混凝土裂縫的成因出發(fā)，針對不同的裂縫提出了不同的防治措施。

關(guān)鍵詞：水利；混凝土；裂縫

一、混凝土滲透裂縫類型

混凝土是多相復(fù)合脆性材料，當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力大于其抗拉強度，或拉伸變形大于其極限變形時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。

按位置不同，裂縫可分為表層裂縫、深層裂縫和貫穿裂縫。

按其開度變化可分為死縫、活縫、增長縫。

按其產(chǎn)生原因可分為沉陷縫、干縮縫、溫度縫、應(yīng)力縫和施工縫。

二、水利施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1、塑性收縮裂縫

混凝土在凝固的過程中，會逐漸散熱和蒸發(fā)，這是引起混凝土體積收縮的主要原因，尤其是一些大體積的混凝土。如果混凝土在收縮時受到外界環(huán)境的約束，就會自然的形成收縮應(yīng)力，當(dāng)這種應(yīng)力超出當(dāng)時混凝土極限抗拉強度時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫。裂縫是混凝土建筑物最常見的病害之一。裂縫是材料的不連續(xù)現(xiàn)象，屬于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影響因素。裂縫的出現(xiàn)，多數(shù)在施工期就存在，有的雖然在施工期以后，也多在運行初期5～10年以內(nèi)，不是由于運行期長工程老化問題，而是早期的問題。裂縫的存在直接導(dǎo)致混凝土抗拉性能的降低，裂縫也會引導(dǎo)有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部，造成鋼筋銹蝕，甚至混凝土結(jié)構(gòu)破壞。對于水庫蓄水發(fā)電和灌溉來說，擋水混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫會直接引起滲漏，如果滲漏量達到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力；對于混凝土重力壩來說，如果裂縫達到一定貫穿深度和寬度，會引起壩體揚壓力的急劇增長，削弱壩體的抗滑能力，對結(jié)構(gòu)抗震非常不利、甚至?xí)φ麄€壩滑能力，對結(jié)構(gòu)抗震非常不利，甚至?xí)φ麄€壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全造成威脅。

2、溫差裂縫

溫差裂縫是由于混凝土內(nèi)部和外部之間產(chǎn)生溫差所引起的，溫差產(chǎn)生的原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。在溫度正負(fù)交替過程中，混凝土微孔中的水成為結(jié)冰或過冷的水，體積膨脹產(chǎn)生凍脹壓力，過冷的水遷移產(chǎn)生滲透壓力，當(dāng)兩者的附加作用力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就遭受破壞。溫差裂縫主要有三種情況：（1）水工混凝土在施工初期，產(chǎn)生大量的水化熱，內(nèi)外的溫差使其產(chǎn)生裂縫；（2）混凝土拆模前后，混凝土表面的溫度會急速下降，裂縫產(chǎn)生；（3）由于混凝土內(nèi)部溫度到達極限，但是熱量散發(fā)慢，而產(chǎn)生溫差裂縫。施工中的大體積混凝土，主要是由于溫差產(chǎn)生裂縫，諸如水工大壩、分洪閘、攔河壩等體積水工混凝土更易發(fā)生此類裂縫。

三、防治混凝土裂縫的幾點有效措施

1、做好溫差裂縫控制

1.1加冰降溫

在混凝土澆筑前購入冰塊，砸成粒徑約3cm的小塊加入混凝土生料中，充分拌合后量取出機口溫度，根據(jù)出機口溫度來確定加冰量。實際工作中，出機口的控制溫度為18℃，混凝土單方用冰量在60kg左右。因冰塊破碎工作量較大，粒徑也很難控制，加入冰塊后還需延長拌和時間，降低了混凝土澆筑速度，為克服該問題，實際工作中多采用拌和水降溫的方法，即把冰塊稍加破碎后放入拌和水池中來降低水溫。用此方法，通常能夠把拌和用水的溫度降至攝氏3～7℃左右。

1.2夜間澆筑

白天氣溫較高，即使采用多種降溫措施也很難保證混凝土的入倉溫度，而夜間澆筑——特別是后夜?jié)仓瑲鉁叵鄬^低，采取溫控措施后，比較容易控制混凝土的入倉溫度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天進行，而把混凝土澆筑安排在夜間進行。

1.3加強混凝土的測溫工作

為及時掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值，在承臺內(nèi)埋沒若干個測溫點，采用“l(fā)”字形布置，每個測溫點埋設(shè)溫管2根，第1根管底埋置于承臺混凝土的中心位置，測量混凝土中心的最高溫升，另一根管底距承臺上表面100 mm，測量混凝土的表面溫度，測溫管均露出混凝土表面100 mm。用100的紅色水銀溫度計測溫，以方便讀數(shù)。第l – 5天每2小時測溫1次，第6天后每4小時測溫1次，測至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗的測溫情況看，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5天內(nèi)產(chǎn)生，3天內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升，內(nèi)外溫差值在20℃左右，為正?，F(xiàn)象。

2、加強塑性裂縫控制

2.1當(dāng)混凝土澆筑后，表面沒有及時覆蓋，受風(fēng)吹日曬，表面游離水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時混凝土早期強度很低，不能抵抗這種變形應(yīng)力而導(dǎo)致開裂；使用收縮率較大的水泥，水泥用量過多，或使用過量的粉砂也會開裂；另外，混凝土水灰比過大，模板過于干燥也易引起開裂。

2.2配制混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，選擇級配良好的石子以減小空隙率和砂率；同時，要振搗密實以減少收縮量，提高混凝土抗裂度。澆筑混凝土前，將基層和模板澆水濕潤。混凝土澆筑后，對裸露表面應(yīng)及時用潮濕材料覆蓋，認(rèn)真養(yǎng)護。在氣溫高、濕度低或風(fēng)速大的天氣施工，混凝土澆筑后，應(yīng)及早進行噴水養(yǎng)護，使其保持濕潤；大面積混凝土宜澆完一段，養(yǎng)護一段。此外要加強表面的抹壓和養(yǎng)護工作?；炷琉B(yǎng)護可采用表面噴氯偏乳液養(yǎng)護劑，或覆蓋濕草袋、塑料布等方法；當(dāng)表面發(fā)現(xiàn)微細(xì)裂縫時，應(yīng)及時抹壓，再覆蓋養(yǎng)護。

3、做好混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計

3.1摻入粉煤灰，選擇減水劑，保證泵送流動度。采集原材料進行試拌，盡可能地減少水泥用量，添加Ⅰ級粉煤灰，將水膠比控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，粗骨料采用二級配。摻入適量的粉煤灰對改善混凝土的和易性，降低溫升，減少收縮，提高抗侵蝕具有良好的作用。

3.2 原材料的選擇

砂料細(xì)度模數(shù)控制在2.4以上，含泥量控制在1%內(nèi)。碎石針片狀控制在10%以內(nèi)，含泥量控制在1%內(nèi)，盡可能使用低水熱化水泥，控制原材料的質(zhì)量不使混凝土產(chǎn)生收縮。

4、做好混凝土養(yǎng)護

澆筑后，應(yīng)盡快用土回填。目前這是混凝土保溫保濕養(yǎng)護的最有效方法，對預(yù)防裂縫是非常有益的。在澆筑完畢后18小時即開始對鋼模板表面進行不間斷的灑水降溫，拆模后對混凝土表面進行全天候養(yǎng)護至14天。如采用蓄水法保溫養(yǎng)護，在混凝土施工期間可通入冷卻循環(huán)水，以便加快承臺內(nèi)部熱量的散發(fā)。如采用內(nèi)散外蓄綜合養(yǎng)護措施，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護周期，對于超厚大體積混凝土施工尤其適用。在混凝土拆模后要掛草簾或鋪草澆水，以便養(yǎng)護保濕。混凝土的保養(yǎng)不僅是為了預(yù)防初期產(chǎn)生裂縫，還能促進混凝土后期的穩(wěn)定，保障其承壓能力和強韌度。對于混凝土的養(yǎng)護，在現(xiàn)代水利工程施工中，都需要得到充分的認(rèn)識和重視。由于鋼筋銹蝕是氧化反應(yīng)，氧化是產(chǎn)生銹的主要原因，因此，加強混凝土的密實度，防止空氣進入，加強混凝土表面的保護層厚度，預(yù)防氧化。在混凝土表面噴涂或涂刷聚合水泥砂漿、瀝青、環(huán)氧樹脂等防腐層。選擇抗腐蝕性強的鋼筋材料和混凝土材料，避免使用堿骨料等措施，對防止混凝土裂縫有較好的效果。堿骨料化學(xué)反應(yīng)對結(jié)構(gòu)的耐久性影響很大，為控制堿骨料的化學(xué)反應(yīng)，最好選擇優(yōu)質(zhì)骨料和低含堿量的水泥以及中性拌和水，在提高混凝土密實度的同時合理降低水灰比。

四、結(jié)語

裂縫是水利建筑物混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低水利建筑物的抗?jié)B能力，影響水利建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕。所以，必須對混凝土裂縫進行深入細(xì)致的調(diào)查研究，區(qū)別對待，在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。