水利工程施工中的混凝土裂縫控制淺議

武奇

(鄲城縣水利局,河南周口 477150)

水利工程施工中的混凝土裂縫控制淺議

武奇

(鄲城縣水利局,河南周口 477150)

在水利施工的過程中,裂縫是常見的問題。裂縫的出現(xiàn)不僅會(huì)影響到水工建筑物的正常使用,而且還會(huì)使得水工建筑物的抗?jié)B能力大大降低,裂縫還能夠?qū)е落摻畹匿P蝕,最終引起混凝土碳化,大大降低材料的使用壽命,使得水利建筑物的承載能力受到影響。因此,采取行之有效的措施來進(jìn)行預(yù)防,最大限度的保障水利工程建筑物的構(gòu)件的穩(wěn)定性與安全性至關(guān)重要。本文通過尋找出現(xiàn)混凝土裂縫的原因,并尋求正確的解決措施,以加強(qiáng)混凝土裂縫的控制。

水利施工 混凝土 裂縫

混凝土是水利工程中，通常要用到的一種混合材料。由于混合材料有其自身的弊端，水利工程中的混合材料本身存在著均勻性較差、離散性較大的缺點(diǎn)，使得混凝土工程特別容易產(chǎn)生裂縫?；炷廉a(chǎn)生裂縫后，不僅會(huì)造成鋼筋的銹蝕、碳化，大大減弱了材料的耐久性，降低建筑的承載力，還會(huì)使得工程建筑的抗?jié)B性能大大降低，影響其使用功能?；诹芽p的上述影響，必須要對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行認(rèn)真的研究與分析，對(duì)于裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，從而保障整個(gè)工程建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。在進(jìn)行水利施工的過程時(shí)，加強(qiáng)混凝土的施工管理工作，更好的保障混凝土的質(zhì)量，從而降低水工建筑物的安全隱患。

1　水利工程中混凝土裂縫的危害

混凝土裂縫會(huì)使得建筑物結(jié)構(gòu)的整體性遭到破壞?；炷潦撬こ讨饕臉?gòu)成部分，一旦混凝土結(jié)構(gòu)部分產(chǎn)生裂縫，很容易造成由于局部受力不均勻?qū)е碌恼w結(jié)構(gòu)變形。裂縫嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成結(jié)構(gòu)的開裂，局部的開裂會(huì)導(dǎo)致整體的坍塌，最終給水利設(shè)施的運(yùn)行帶來不確定的風(fēng)險(xiǎn)。由于水利工程較為龐大，一旦出現(xiàn)裂縫，裂縫會(huì)迅速增大。一旦裂縫出現(xiàn)滲入情況，就會(huì)使得混凝土的堿度降低。堿度降低會(huì)使得混凝土支架的純化膜遭到破壞。當(dāng)水遇到空氣時(shí)，鋼筋很容易受到銹蝕，混凝土框架遭到破壞后，混凝土的牢固性就會(huì)遭到破壞，使得建筑變得外強(qiáng)中干，必然使得水利工程的壽命大大降低。

2　水利施工中的混凝土裂縫產(chǎn)生原因

2.1塑性收縮產(chǎn)生裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性裂縫多在新澆注的混凝土構(gòu)件暴露于空氣中的上表面出現(xiàn)，裂縫通常是中間較寬，兩段細(xì)長(zhǎng)。裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一，互不連貫狀態(tài)，較短的裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2～3m，寬1～5mm。

塑性裂縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)?當(dāng)新鮮混凝土表面水的蒸發(fā)速度大于混凝土的泌水速度時(shí)，水的蒸發(fā)面由表面深入到新鮮混凝土漿體表面以內(nèi)，使蒸發(fā)面形成凹液面，凹液面產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力使固體顆粒之間產(chǎn)生引力。毛細(xì)管壓力隨時(shí)間的變化趨勢(shì)可分為三個(gè)階段:

在第一階段，顆粒之間距離較大，形成的毛細(xì)管壓力較小。進(jìn)入第二階段，顆粒之間的水形成彎液面而且曲率半徑不斷減小，毛細(xì)管壓力也隨之顯著增大，并達(dá)到最大值，此時(shí)的毛細(xì)管壓力稱之為臨界壓力(或突破壓力)。進(jìn)入第三階段，由于水泥水化的不斷進(jìn)行，混凝土表面的水不能填充所有空隙而呈非連續(xù)狀態(tài)，毛細(xì)管壓力隨之迅速降低。通過試驗(yàn)，P值可達(dá)0.021MPa左右。這些顆粒之間的毛細(xì)管壓力引起拉應(yīng)力使固體顆粒凝聚而使混凝土表面收縮，當(dāng)混凝土處于塑性狀態(tài)時(shí)，混凝土表面抗拉強(qiáng)度很低，在P值大于混凝土表面的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

2.2混凝土干縮產(chǎn)生裂縫

干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，混凝土受到外部環(huán)境的影響，使得表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部水分損失較少，變形較小。較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，從而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。在養(yǎng)護(hù)工作結(jié)束后的兩個(gè)星期左右，通常就會(huì)有干縮裂縫出現(xiàn)。干縮型裂縫多為表面性的網(wǎng)狀或平行線狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05-0.2mm之間，大體積混凝土中平面部位多見，在較薄的梁板中多沿其短向分布。

2.3溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝仓?，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，(當(dāng)水泥用量在350-550kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500-27500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度達(dá)70℃左右甚至更高)。由于混凝士的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝士表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。

2.4凍脹裂縫

大氣氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時(shí)混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時(shí)受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度可達(dá)30%-50%。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多，吸水性強(qiáng)，骨料中含泥土等雜質(zhì)過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。

2.5鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，是鋼筋周圍混凝土堿性降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反映，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增加約2-4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

2.6沉陷不均勻引起的裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實(shí)或浸水而造成不均勻沉降所致。或者由于模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動(dòng)等導(dǎo)致。特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫。其走向與沉陷情況有關(guān)。一般沿著與地面垂直或呈30—45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系，裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

3　水利施工中的混凝土裂縫控制

3.1根據(jù)氣溫條件制定施工預(yù)案

混凝土工程的施工過程中，首先要考慮到氣溫變化的影響。在施工過程中，首先要根據(jù)混凝土的澆筑溫度的變化、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和氣溫變化制定施工方案。當(dāng)遇到特殊情況，應(yīng)對(duì)施工方案進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，為混凝土的質(zhì)量提供保證。當(dāng)在冬季進(jìn)行施工時(shí)，混凝土入模溫度要保持在10攝氏度以上，即時(shí)夏季施工，溫度也一定不能超過20攝氏度。

3.2嚴(yán)格把控材料關(guān)

(1)嚴(yán)把原材料檢驗(yàn)關(guān)。在拌制混凝土之前，必須按規(guī)定對(duì)水泥、粗細(xì)骨料、外加劑等進(jìn)行檢驗(yàn)復(fù)試，不合格的材料不得使用。(2)合理確定混凝土的配合比和塌落度。在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全盤考慮，多用骨料，少用粉料，以減少裂縫產(chǎn)生。塌落度應(yīng)適當(dāng)控制，不宜過大，使用商品混凝土宜小于180mm，盡可能減少混凝土的流動(dòng)性，應(yīng)選用高等級(jí)低水化熱的礦渣水泥，減少水泥用量和水化熱。(3)嚴(yán)格控制混凝土摻合料摻量。混凝土摻合料的摻量比例應(yīng)合理，以保證混凝土早期強(qiáng)度，提高混凝土的抗拉性能。控制混凝土水灰比，最大用水量應(yīng)小于180kg/m3。(4)提高混凝土振搗質(zhì)量。在配備混凝土運(yùn)輸車輛時(shí)，應(yīng)充分考慮交通路況的影響，確?；炷翝矒v的連續(xù)性，減少施工冷縫。當(dāng)混凝土澆搗中停歇時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采取接漿處理等應(yīng)急措施。

3.3優(yōu)化施工預(yù)案

制定詳細(xì)的可操作性混凝土施工方案。施工方案中應(yīng)確定一次澆筑量、施工縫間距、施工工藝、位置及構(gòu)造、澆筑時(shí)間、運(yùn)輸及振搗等，還應(yīng)推算混凝土的初凝時(shí)間。一次澆筑長(zhǎng)度由垂直施工縫分割，最好設(shè)置在變截面處或承受拉、剪、彎應(yīng)力較小的部位。確定澆筑時(shí)間的原則應(yīng)盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子，選擇當(dāng)天氣溫較低時(shí)澆筑。如果必須在夏季施工，則應(yīng)采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。大體積泵送混凝土必須進(jìn)行測(cè)溫工作，從已有測(cè)溫情況看，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在3.5d內(nèi)產(chǎn)生，3d內(nèi)溫度可達(dá)到或接近最大溫升，內(nèi)外溫差在20°C左右。同時(shí)，應(yīng)合理確定拆模時(shí)間，防止過早拆模引起的混凝土損傷。

4　結(jié)語

總之，在水利工程的施工過程中，混凝土裂縫是十分常見的現(xiàn)象。所以不僅要保證施工人員的素質(zhì)達(dá)到施工要求，原材料、混凝土配比合理，而且要根據(jù)不同的氣候條件制定不同的方案。當(dāng)問題出現(xiàn)時(shí)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施，防止問題的進(jìn)一步加大，才能保障水利工程建筑物的正常運(yùn)行。

[1]馬順利,劉艷.淺談水工混凝土常見裂縫與控制措施[J].山西建筑, 2010:78-81.

[2]李濤濤.淺談水利施工中混凝土裂縫的防治技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn), 2010(2):173-176.

武奇(1972—),男,本科,工程師,現(xiàn)就職于河南省鄲城縣水利局,主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。