雷州市水利工程混凝土裂縫的監(jiān)理防控

陳朝星

摘 要：裂縫是水利施工的常見(jiàn)問(wèn)題之一，對(duì)水利工程的建筑質(zhì)量造成很大影響，縮短了水利工程施工年限，必須及時(shí)采取促使進(jìn)行防范?；炷潦怯缮笆橇稀⑺?、水等多種外加材料混合制成的建筑使用材料。由于施工方法不正確，和混凝土自身變形等問(wèn)題的作用，產(chǎn)生了混凝土混凝裂縫，雖然裂縫細(xì)小，但是卻對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)承重、防滲等功能產(chǎn)生了影響。尤其受到荷載、溫差等作用之后，很多有些細(xì)小裂縫開(kāi)始擴(kuò)展和連通，最終產(chǎn)生較嚴(yán)重的宏觀裂縫，這些裂縫已成為影響水利工程施工中的常見(jiàn)工程病害，容易腐蝕混凝土中的鋼筋材料，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全和壽命，因此進(jìn)行水利施工時(shí)，必須加強(qiáng)混凝土裂縫控制，按照規(guī)范方法施工，同時(shí)必須采取有效措施進(jìn)行防治。下面本人結(jié)合已經(jīng)完工的雷州市南渡河水閘工程的施工監(jiān)理，談一下水工混凝土裂縫的監(jiān)理防控。

關(guān)鍵詞：混凝土；裂縫；監(jiān)理；控制

一、混凝土裂縫的類(lèi)型

造成混凝土裂縫的原因很多，可以將其劃分成分為混凝土內(nèi)部因素和外部因素兩種類(lèi)型。溫度應(yīng)力、約束收縮應(yīng)力、堿活性反應(yīng)等是影響內(nèi)部因素主要原因，地基沉降和外荷載是影響外部因素主要原因。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，混凝土裂縫是多種因素共同作用的結(jié)果。

二、水工混凝土可能產(chǎn)生的裂縫成因簡(jiǎn)析

（一）溫度應(yīng)力裂縫

溫度應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生原因較復(fù)雜，通常在混凝土澆筑完成后，水泥會(huì)與水反應(yīng)產(chǎn)生水化熱，導(dǎo)致混凝土墻體局部溫度升高，在外界氣溫不斷變化的影響下，導(dǎo)致相鄰混凝土造成溫差，由此產(chǎn)生很大溫差應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力大于混凝土拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫。

（二）收縮應(yīng)力裂縫

水利建筑物的結(jié)構(gòu)混凝土施工經(jīng)常分二期或多期進(jìn)行澆筑，如雷州市南渡河水閘的混凝土均分為兩期進(jìn)行澆筑，底板為一期，閘墩、邊墩等為二期。一期表示將混凝土澆筑在軟基上，借助自由伸縮或變形完成施工，此種施工不會(huì)出現(xiàn)裂縫，但進(jìn)行二期邊墩中墩澆筑時(shí)，一期底板已澆筑一段時(shí)間，溫度已降到平均氣溫，強(qiáng)度也增長(zhǎng)較快，閘墩砼收縮時(shí)因受一期澆筑底板的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)超過(guò)拉應(yīng)力極限時(shí)將導(dǎo)致墻體混凝土開(kāi)裂。

（三）堿集料反應(yīng)

混凝土中的堿與環(huán)境中的堿以及混凝土集料中的堿活物質(zhì)，在混凝土固化后產(chǎn)生緩慢化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的生膠凝物質(zhì)。會(huì)在吸收水分后發(fā)生膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)始從內(nèi)向外延伸，并產(chǎn)生開(kāi)裂或損毀，此種現(xiàn)象稱(chēng)之為堿集料反應(yīng)。

（四）沉降作用和外荷載裂縫

沉降裂縫主要是由于建筑物座落的地基強(qiáng)度不均勻而造成沉降不均，由此造成建筑物部分結(jié)構(gòu)受剪切，當(dāng)剪切力超過(guò)混凝土的極限抗剪強(qiáng)度所致；建筑物地基處理是防止沉降裂縫的主要手段，如果在施工過(guò)程中，軟弱地基不符合施工要求，必須對(duì)其進(jìn)行處理，達(dá)到要求并驗(yàn)收合格后，才能進(jìn)行其他的施工。

外荷載裂縫，顧名思義，此種裂縫是由外部荷載引起的，在輸水工程箱涵結(jié)構(gòu)中，由于外荷載相對(duì)較小，一般不會(huì)引起裂縫。需要指出的是，混凝土產(chǎn)生裂縫可能不是一種原因造成，而可能是兩種或多種因素共同作用的結(jié)果。

三、混凝土裂縫的監(jiān)理控制要點(diǎn)

（一）配合比及溫控措施的審核

監(jiān)理要求施工單位在實(shí)施混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，必須在混凝土工作性能良好的情況下，降低混凝土單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計(jì)原則，生產(chǎn)出高強(qiáng)度、高韌性、低熱和高極拉值的混凝土。在施工前，要求承包人根據(jù)施工圖紙所示的建筑物分縫、分塊尺寸、混凝土允許最高溫度及有關(guān)溫度控制要求，編制詳細(xì)的溫度控制措施，作為專(zhuān)項(xiàng)列入混凝土施工措施計(jì)劃，報(bào)經(jīng)監(jiān)理審批。

（二）澆筑溫度和最高溫升的控制

要求混凝土的澆筑溫度和最高溫升均應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定，混凝土的入倉(cāng)溫度不高于28℃，并要求承包人通過(guò)試驗(yàn)建立起混凝土出機(jī)口溫度和現(xiàn)場(chǎng)澆筑溫度變化關(guān)系，減少混凝土運(yùn)輸及卸料時(shí)間，而且運(yùn)輸混凝土的時(shí)候，必須對(duì)其進(jìn)行遮蓋，并不斷進(jìn)行攪拌，避免混凝土凝固。進(jìn)行施工時(shí)，還要加快覆蓋速度，縮短混凝土暴露時(shí)間提高施工質(zhì)量。

采取措施降低混凝土入倉(cāng)溫度。由于水利施工時(shí)間較長(zhǎng)，而且絕大多數(shù)工程在夏季進(jìn)行施工，在南渡河水閘工程中，監(jiān)理要求在事先對(duì)骨料和水泥等做好預(yù)冷防熱措施、搭設(shè)涼棚等處理，降低施工用水溫度。

合理安排澆筑時(shí)間和施工組織，盡量多在春、秋季進(jìn)展，夏季最好在夜間澆筑，減少在混凝土升溫造成的質(zhì)量影響。重要部位安排在低溫季節(jié)、低溫時(shí)段澆筑，以降低混凝土入倉(cāng)溫度，避免出現(xiàn)溫度裂縫；控制進(jìn)入攪拌站的水泥時(shí)，盡量將其溫度控制在60℃以下，不能直接將水泥廠出爐水泥拌制混凝土。在夏季施工時(shí)，要采取一定的防護(hù)措施，避免混凝土表面受氣溫影響而先于內(nèi)部硬化。而冬季要提高混凝土澆筑溫度，澆筑溫度最好不低于10℃。

（三）新舊混凝土溫差造成的溫度應(yīng)力控制

二期混凝土澆筑時(shí)，盡可能使二期混凝土的澆筑溫度與老混凝土的溫差不大于 15℃，以減少溫差造成的溫度應(yīng)力。

（四）材料控制

監(jiān)理要求承包人采取措施從材料方面入手降低混凝土的水化熱溫升。在本工程中，監(jiān)理要求施工單位選用水化熱低的水泥，選用低堿含量或無(wú)堿含量的外加劑；減少水泥用量，在規(guī)范允許的情況下，主體結(jié)構(gòu)混凝土采用雙摻技術(shù)，粉煤灰摻量不超過(guò)20%，磨細(xì)礦渣摻量控制在30%以內(nèi)，為保證摻和料的質(zhì)量符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-2005和《用于水泥和砼中的強(qiáng)化高爐礦渣粉》GB/T18046-2000的規(guī)定，監(jiān)理重點(diǎn)檢查了摻和料試驗(yàn)報(bào)告和出廠合格證。

（五）控制澆筑層間歇時(shí)間

為減小先澆筑的底板對(duì)后澆筑的邊墩的約束力，兩期砼澆筑間歇時(shí)間應(yīng)控制在7天以內(nèi)，最多不超過(guò)15天。在高溫季節(jié)，在有條件部位采用了表面流水冷卻的方法進(jìn)行散熱。

（六）堿含量及堿活性骨料的控制

混凝土中堿含量的控制對(duì)混凝土裂縫的防控乃至保證混凝土的強(qiáng)度具有重要意義，一旦混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)，對(duì)混凝土將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的破壞。監(jiān)理的控制措施主要包括使用非活性集料、使用低堿水泥以及限制混凝土的總堿量。骨料料源必須進(jìn)行堿活性成分含量試驗(yàn)，未經(jīng)專(zhuān)門(mén)論證，不得使用堿性骨料。使用低堿水泥可以將混凝土的總堿量控制在一定水平，防止了堿集料反應(yīng)破壞現(xiàn)象產(chǎn)生，人們通常將低堿水泥表示為堿含量低于0.6%水泥重量的水泥稱(chēng)之為低堿性水泥。

混凝土堿含量的計(jì)算方法按照《水工混凝土施工規(guī)范》（DLT5144-2001）的規(guī)定進(jìn)行1：

1）中熱水泥混凝土堿含量：

混凝土堿含量（kg/m3）=中熱水泥堿含量（%）×水泥用量（kg/m3）+0.2×粉煤灰堿含量（%）×粉煤灰用量（kg/m3）+外加劑中堿含量（%）×外加劑用量（kg/m3）

2）低熱水泥混凝土堿含量：

混凝土堿含量（kg/m3）=低熱水泥熟料中堿含量（%）×水泥熟料用量（kg/m3）+0.5×礦渣中堿含量（%）×礦渣用量（kg/m3）+0.2×粉煤灰堿含量（%）×粉煤灰用量（kg/m3） +外加劑中堿含量（%）×外加劑用量（kg/m3）

計(jì)算出的混凝土堿含量必須符合《混凝土堿含量限值標(biāo)準(zhǔn)CECS53∶93》表1的規(guī)定：

砂石骨料的堿活性采用《砂石堿活性快速試驗(yàn)方法》CECS48-93中載明的方法進(jìn)行測(cè)定。

在本工程中，施工單位按照監(jiān)理的要求使用了低堿含量的水泥、采用了非堿活性骨料，根據(jù)《預(yù)防混凝土工程堿集料反應(yīng)技術(shù)管理規(guī)定》，監(jiān)理對(duì)施工單位上報(bào)的混凝土堿含量計(jì)算書(shū)進(jìn)行了審核，審核的結(jié)果符合《預(yù)防混凝土工程堿集料反應(yīng)技術(shù)管理規(guī)定DBJ01-95-2005》的規(guī)定，混凝土的堿集料反應(yīng)得到了有效的控制。

（七）正確進(jìn)行混凝土拌和物的振搗

之所以要做好振搗工作，是因?yàn)橐环矫妫?dāng)鋼筋混凝土在環(huán)境較差區(qū)域施工時(shí)，例如：侵蝕性水，由于混凝土表面保護(hù)層的厚度一定，所以如果混凝土密實(shí)性不能得到保證，環(huán)境中的氯離子等就會(huì)溶于水中，導(dǎo)致使混凝土內(nèi)部鋼筋生銹，產(chǎn)生氧化鐵。由于氧化鐵體積比原來(lái)金屬體積大，所以鐵銹體積迅速膨脹，對(duì)周?chē)炷廉a(chǎn)生擠壓，使混凝土脹裂。另一方面，正確的振搗是保證混凝土強(qiáng)度的必要條件之一，強(qiáng)度有了保證，對(duì)混凝土裂縫的預(yù)防也就有了相應(yīng)的保證。具體在振搗時(shí)，振搗棒應(yīng)垂直插入混凝土，振搗距離為振搗器有效半徑的1.5倍，插入下層混凝土5～10cm，離開(kāi)模板距離為振搗棒有效半徑的1/2，一次振搗完成后振搗棒應(yīng)緩慢拔出，使用振搗棒時(shí)，不能用振搗棒橫拖趕動(dòng)混凝土拌和物，即嚴(yán)禁以振搗代替平倉(cāng)，否則必然造成離下料口遠(yuǎn)處砂漿過(guò)多而開(kāi)裂。

（八）加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)

盡量控制混凝土內(nèi)外溫差不過(guò)大。根據(jù)以往工程的溫控經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，混凝土內(nèi)外溫差如超過(guò)25℃，則很可能會(huì)造成溫度裂縫，所以必須做好混凝土溫度監(jiān)測(cè)工作。根據(jù)澆筑倉(cāng)段布設(shè)觀測(cè)斷面，根據(jù)結(jié)構(gòu)厚度不同，布置不同數(shù)量的溫度檢測(cè)設(shè)備，從混凝土開(kāi)始澆筑即開(kāi)始進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)情況調(diào)整混凝土溫控、保溫措施。在混凝土澆筑之后，避免曝曬，緩緩降溫，充分發(fā)揮混凝土徐變的特性，降低產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。在本工程中，南渡河水閘底板在冬季施工，為保證混凝土施工質(zhì)量采用暖棚法，棚內(nèi)生火爐升溫，棚內(nèi)溫度保持在10℃以上，同時(shí)監(jiān)理要求施工單位在不同的部位布置測(cè)溫孔，孔內(nèi)放置溫度計(jì)測(cè)量混凝土內(nèi)部溫度，監(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)混凝土內(nèi)部溫升較大導(dǎo)致內(nèi)外溫差大時(shí)，則要求施工單位采取提高暖棚內(nèi)氣溫等措施降低混凝土的內(nèi)外溫差，減小溫度應(yīng)力。此舉收到了良好的效果。

（九）積極做好混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)

混凝土養(yǎng)護(hù)工作是預(yù)防混凝土表面裂縫的主要方法，針對(duì)本地區(qū)的氣候特點(diǎn)、混凝土的種類(lèi)以及建筑物的結(jié)構(gòu)形式，從而決定開(kāi)始養(yǎng)護(hù)時(shí)間、澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)短、澆水次數(shù)、拆模時(shí)間等，做好保溫和保濕。在高溫季節(jié)，應(yīng)在澆筑完畢后立即覆蓋，避免塑性開(kāi)裂，施工完成后的12h以內(nèi)，對(duì)混凝土進(jìn)行覆蓋并流水養(yǎng)護(hù)；控制混凝土澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間：粉煤灰混凝土暴露面的潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于21d；在干燥或炎熱條件下，潮濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于28d。當(dāng)日平均氣溫低于5℃時(shí)，不得澆水。拆模時(shí)間應(yīng)視混凝土內(nèi)部溫度而定，避開(kāi)陽(yáng)光曝曬和有風(fēng)時(shí)間拆模，不能在混凝土溫度高時(shí)拆模，尤其不能在混凝土內(nèi)部溫度最高時(shí)拆模后立即澆涼水，以避免混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大。冬季拆模后還要注意保溫，避免降溫速率太快。

根據(jù)春、秋兩季的氣候特點(diǎn)，混凝土澆筑完成后養(yǎng)護(hù)期間很可能遇到寒流，需要采取保溫措施。南渡河水閘閘墩在3月中旬進(jìn)行了施工，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)，澆筑完成后2天內(nèi)有寒流侵襲，溫度下降幅度較大，而冬季施工的暖棚已經(jīng)拆除，為保證混凝土和外界溫差在規(guī)定的范圍內(nèi)，監(jiān)理要求施工單位采取覆蓋巖棉被對(duì)閘墩混凝土進(jìn)行保溫，并派專(zhuān)人負(fù)責(zé)混凝土的測(cè)溫工作，有效進(jìn)行監(jiān)控。

（十）增加構(gòu)造鋼筋

對(duì)于砼防裂，在工程中監(jiān)理還向設(shè)計(jì)建議通過(guò)增加構(gòu)造鋼筋來(lái)增強(qiáng)對(duì)砼內(nèi)部拉應(yīng)力的約束，減少裂縫的發(fā)生與發(fā)展。很多建議得到了設(shè)計(jì)的采納并起到了良好的效果。

總結(jié)裂縫是混凝土施工中普遍存在的一種現(xiàn)象，進(jìn)行水利工程時(shí)，裂縫不僅會(huì)降低了水利建筑物的抗?jié)B能力，而且會(huì)引起鋼筋銹蝕，降低材料的耐久性，減小建筑物承載能力，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)縮短工程使用年限。因此，作為監(jiān)理一方，必須切實(shí)履行監(jiān)理的職責(zé)，堅(jiān)定地要求施工單位在施工中采取各種措施進(jìn)行預(yù)防，保證建筑物和構(gòu)件可以安全、穩(wěn)定的工作。在已經(jīng)完工的南渡河水閘工程中，監(jiān)理單位通過(guò)以上所述混凝土裂縫的各種防控措施，各主要水工建筑物混凝土的抗壓、抗凍、抗?jié)B強(qiáng)度、外觀質(zhì)量等各個(gè)方面均得到了有效的控制，混凝土裂縫的防控效果良好。由此可見(jiàn)，只要對(duì)混凝土裂縫發(fā)生原因進(jìn)行認(rèn)真研究、科學(xué)對(duì)待，嚴(yán)格控制施工過(guò)程，就可以將水利工程混凝土裂縫控制在一定范圍內(nèi)。