水利工程施工中混凝土裂縫控制技術探討

張保民

（山東省調(diào)水工程運行維護中心棘洪灘水庫管理站，山東 青島266111）

1 引言

在水利工程施工過程中，混凝土裂縫是最常見的問題，同時，也是對水利工程質(zhì)量影響極大的問題?；炷亮芽p會導致水利建筑物的抗?jié)B能力無法滿足實際使用需求，還會導致鋼筋出現(xiàn)銹蝕問題，甚至還會進一步引發(fā)混凝土的碳化。此外，混凝土還會嚴重影響水利建筑的承載力，導致工程整體質(zhì)量大大降低。因此，有關人員要深入分析混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，找出問題所在，然后再應用科學合理的混凝土裂縫控制技術。

2 水利工程施工過程中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土內(nèi)部物理性質(zhì)變化和外界環(huán)境變化是造成混凝土裂縫產(chǎn)生的兩個主要原因，具體如下。

2.1 混凝土自身的變化

由于混凝土自身因素而產(chǎn)生的裂縫主要有沉降裂縫、收縮裂縫和塑性裂縫，這三種裂縫產(chǎn)生的原因各不相同。

①沉降裂縫：通常來說，沉降裂縫主要出現(xiàn)在混凝土初凝的過程中。在對混凝土進行配置攪拌的過程中，設計不合理的混凝土配合比往往會造成沉降裂縫產(chǎn)生，如粗細集料配合比例不當、水與石灰的配合比例不當?shù)取３浜媳炔缓侠硗?，混凝土攪拌過程中，粗料厚度過大但振搗工作不充分、不均勻也會導致混凝土出現(xiàn)裂縫，主要原因是不充分的振搗工作會造成粗大的集料在混凝土凝結(jié)過程中逐漸下沉，細小的集料卻會逐漸上浮，沉降不均勻由此發(fā)生，進而必將導致混凝土表面出現(xiàn)裂縫[1]。②收縮裂縫：混凝土出現(xiàn)收縮裂縫與混凝土自身的材料特性有關。大量施工數(shù)據(jù)表明，混凝土在結(jié)硬過程中較易發(fā)生體積變形，而變形的力量往往會與混凝土自身的約束力相互作用，進而會產(chǎn)生收縮裂縫。過大的收縮裂縫出現(xiàn)在混凝土配筋率較高的構(gòu)件中的概率較大，一旦裂縫過大還會貫穿混凝土構(gòu)件整體。在對已經(jīng)成型的混凝土進行重新澆灌時，收縮裂縫也較易出現(xiàn)。③塑性裂縫：混凝土塑形裂縫主要在混凝土澆筑后的一段時間內(nèi)出現(xiàn)，主要原因是這一階段的混凝土本身還處在塑形收縮的狀態(tài)，混合料中的固體顆粒會在重力的作用下由下而上地浮動，此時就極易因鋼筋骨架或模板的約束力量而在上部形成沿鋼筋長度方向的塑形裂縫。

2.2 外界因素的影響

外界因素的影響主要包括施工環(huán)境和施工工藝兩種因素。①施工環(huán)境導致的混凝土裂縫：施工環(huán)境所導致的混凝土裂縫種類中，溫度裂縫是最為常見的一種，往往會出現(xiàn)在混凝土工程的施工后期。混凝土自身與外界溫差相差過大會造成混凝土內(nèi)外部熱脹冷縮程度不同，混凝土表面會因此而產(chǎn)生一定的拉應力，混凝土表面由此會產(chǎn)生裂縫，即溫度裂縫。溫度裂縫在大體積混凝土表面或溫差變化較大的地區(qū)出現(xiàn)頻率較高。除了溫度裂縫，沉陷裂縫也較易發(fā)生，其與地基的變化情況有關。因此，沉陷裂縫較大時，通常還會伴有混凝土建筑物的錯位。地基穩(wěn)定后，沉陷裂縫也不會再發(fā)生變化。地基土質(zhì)松軟或地質(zhì)不均勻的工程結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)不均勻沉降，由此所引起的裂縫為沉陷裂縫。除此以外，回填土操作時，如沒有壓實作業(yè)或混凝土結(jié)構(gòu)遭遇浸水等原因也會導致沉陷裂縫。②施工工藝導致的混凝土裂縫：在施工過程中沒有嚴格遵循相關施工流程以及標準施工工藝等是施工工藝造成混凝土裂縫出現(xiàn)的主要原因。以混凝土攪拌環(huán)節(jié)為例，對混凝土攪拌不充分以及振搗不密實均會導致混凝土產(chǎn)生離析，內(nèi)部集料也未振搗均勻。因此，不均勻的拉應力就會在混凝土結(jié)構(gòu)施工完畢后出現(xiàn)，混凝土裂縫由此產(chǎn)生。

3 水利工程施工中控制混凝土裂縫的技術與實際應用

3.1 混凝土裂縫控制技術研究

①溫度控制：如前文所述，溫度對混凝土結(jié)構(gòu)有著重要影響，且較易導致混凝土出現(xiàn)裂縫。因此，在進行水利工程混凝土施工時，一定要控制好溫度。對于因混凝土自身發(fā)熱而出現(xiàn)的溫差，施工人員可采取如下解決措施，即選擇發(fā)熱量較低的水泥，以此達到降低水化熱情況、有效控制混凝土溫差的目的。如遇施工溫度較高的情況，施工人員需做好降溫處理工作，以減少混凝土中水分的蒸發(fā)。

在澆筑混凝土時，施工人員還應選擇合理的時間段，以免因澆筑時間過長而出現(xiàn)混凝土材料變形現(xiàn)象。一般來說，混凝土澆筑時間選擇7:00～10:00 以及15:00～18:00 為最佳，因為這一時間段的溫度不會太高，對混凝土質(zhì)量的影響也較小，在一定程度上可降低混凝土產(chǎn)生裂縫的概率。

②配比與攪拌：混凝土裂縫的產(chǎn)生與不合理的混凝土配比有關，因此，施工人員需科學把控混凝土的配比，盡最大可能降低混凝土裂縫的發(fā)生概率。在制作混凝土時，施工人員需嚴格按照項目的具體要求進行施工，確?；炷僚浔冗_到工程需求標準[2]?；炷翑嚢枰彩种匾?，為降低混凝土離析的發(fā)生概率，施工人員需確保攪拌的整體性和均勻性。此外，混凝土的運輸和儲存工作也應得到高度重視，這樣不僅可以避免混凝土出現(xiàn)變質(zhì)，還可為混凝土的配比和攪拌工作提供便利。

③施工控制：在施工環(huán)節(jié)，施工人員可采取二次振搗法幫助混凝土實現(xiàn)二次液化，這一操作不僅可排出混凝土中多余的水膜，還可以去除一些粗大的骨料?？傊?，施工人員需對混凝土施工環(huán)節(jié)進行合理控制，這樣才能提升混凝土的均勻性和穩(wěn)定性，進而方可降低混凝土裂縫的發(fā)生概率?；炷磷鳂I(yè)結(jié)束后，施工人員還可采取及時保濕和保溫的措施，如在混凝土表面覆蓋保溫膜、實時測量外界氣溫變化等。為避免混凝有出現(xiàn)干縮裂縫，可依據(jù)實際情況適當在混凝土中添加膠乳優(yōu)質(zhì)的煤灰。

值得注意的是，振搗工作在混凝土施工階段十分重要，這一環(huán)節(jié)不僅要求施工人員具備專業(yè)技能與豐富的施工經(jīng)驗，還需充分掌握混凝土的泌水情況。

④材料控制：混凝土原材料是影響混凝土整體質(zhì)量的關鍵因素，同時，也是造成混凝土裂縫的重要原因之一。因此，施工人員必須嚴格把控混凝土原材料的質(zhì)量。所有進場的原材料必須滿足國家的相關要求與工程項目的建設標準，添加劑的選擇也應優(yōu)質(zhì)、合理。如在選擇水泥時，應嚴格參照施工技術文書上有關施工標準考慮水泥的抗?jié)B能力、干縮性和強度。除此以外，施工人員在進行混凝土攪拌和調(diào)配時，為了保證混凝土的脆性與防水性，還應選擇符合標準的且適量的引氣劑與減水劑。

3.2 工程案例

3.2.1 工程概況

本文以某水電站工程混凝土攔河壩建設項目中的8#壩段為案例，分析其溫度裂縫情況，并探究相關控制技術。該水電站規(guī)模較大，拱壩高289m，壩呈雙曲拱形，拱頂弧長701.2m，拱冠底部厚度達70.6m，壩體混凝土為（686.7m×104m）。

3.2.2 溫度應力研究

8#壩段在進行混凝土澆筑時，最高溫度為28.6℃，最低溫度為15.4℃，最大和最小晝夜溫差分別為12.1℃、6.8℃。技術人員對氣溫特點進行了模擬，然后計算了溫度和應力，在此基礎上得出混凝土的計算最高溫度在溫控技術掌控范圍之內(nèi)，而混凝土與基巖接觸之處即為最大應力出現(xiàn)的部位，通過冷卻即將結(jié)束的階段即為發(fā)生時間。該壩段混凝土澆筑工作結(jié)束后，在之后的幾天中產(chǎn)生了較為頻繁的短期溫度變化，這直接導致混凝土倉面一直處于溫降冷擊的作用之下。疊加的溫降冷擊的應力值達到臨界點后，發(fā)生混凝土裂縫的風險是非常大的。

3.2.3 溫度和應力預報結(jié)果

技術人員借助當?shù)貧庀筚Y料，就大壩的溫度和應力情況進行了計算。施工當天，現(xiàn)場最高溫度為31℃，最低溫度為18℃，最大、最小晝夜溫差分別為11℃和8℃。8 號壩段的混凝土澆筑時間比較短，且剛好處于升溫階段，但后續(xù)壓應力會隨著溫度的下降而逐漸降低。

4 結(jié)語

綜上所述，混凝土在水利工程項目施工過程中占有十分重要的地位，而混凝土在施工環(huán)節(jié)又較易出現(xiàn)裂縫問題，且對工程質(zhì)量有著諸多影響。對此，施工企業(yè)與施工人員需明確裂縫產(chǎn)生原因，并據(jù)此應用科學有效的控制技術，以此保證工程質(zhì)量，減少返工，確保按時竣工。