水工結(jié)構(gòu)工程裂縫成因及防治探討

謝良濤

（長江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010）

水工結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目在建設(shè)期間會(huì)受到多種因素的影響，從而導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性作業(yè)裂縫，使水工項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量受到很大的影響。因此，在施工過程中，要找到產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫的成因并進(jìn)行詳細(xì)分析，制定出有效的防治措施。當(dāng)前，在水工結(jié)構(gòu)項(xiàng)目建設(shè)中，針對(duì)裂縫的處治還存在一定的不足，需要加強(qiáng)重視，做好裂縫的防治工作，以使工程的安全性和可靠性得到保證。

1 水工結(jié)構(gòu)工程裂縫的特征

水工結(jié)構(gòu)中裂縫大多產(chǎn)生于大體積混凝土施工過程中，因?yàn)榇篌w積混凝土在構(gòu)造及原材料構(gòu)成方面，都具有一定的復(fù)雜性，多方面的因素都會(huì)影響到混凝土的構(gòu)造及性能。大體積混凝土在抗壓能力方面相對(duì)比較強(qiáng)，但是在抗拉能力方面卻比較弱，這是因?yàn)榛炷翆儆诖嘈圆牧?，抗拉能力遠(yuǎn)低于抗壓能力，甚至難以達(dá)到抗壓能力的10%，因此如果被外界的作用力所影響，或者受到本身收縮力的影響，就可能出現(xiàn)裂縫。在水工結(jié)構(gòu)工程中，混凝土的用量非常大，在澆筑作業(yè)后，由于材料本身的水化熱的特點(diǎn)，在混凝土的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生非常高的溫度，這時(shí)的彈性模量和變形量都很小，而隨著散熱混凝土溫度會(huì)下降，彈性模量和變形不斷加大，這時(shí)混凝土的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，但混凝土的抗拉能力非常差，所以在其內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)裂縫。

水工結(jié)構(gòu)工程中既存在大體積混凝土，也存在鋼筋構(gòu)造，而這兩者的抗拉能力相差比較大。在澆筑大體積混凝土?xí)r，如果鋼筋的用量與標(biāo)準(zhǔn)需求不符，就會(huì)降低混凝土的承受能力；而且因?yàn)槊娣e非常大，也會(huì)與外界有較大的接觸面，外界的水分與空氣會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生一定的侵蝕作用，在其內(nèi)部非常容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，這會(huì)在很大程度上破壞大體積混凝土。

2 水工結(jié)構(gòu)工程裂縫產(chǎn)生的原因

2.1 鋼筋銹蝕引起的裂縫

因混凝土質(zhì)量差或保護(hù)層厚度不足，混凝土保護(hù)層被二氧化碳腐蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍的混凝土堿性降低，或因氯化物介入，鋼筋表面的氯離子含量增加，會(huì)引起鋼筋表面氧化膜破壞。鋼筋中鐵離子與侵入混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原混凝土大2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，造成保護(hù)層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，有銹跡滲入混凝土表面。腐蝕使鋼筋有效截面面積減少，鋼筋與混凝土的夾持力減弱，結(jié)構(gòu)承載力降低，還會(huì)引發(fā)其他開裂形式，加劇鋼筋銹蝕，造成結(jié)構(gòu)被破壞。

2.2 建材碳化收縮

二氧化碳的濕度、濃度會(huì)影響建材的碳化收縮。一旦建筑物下方有碳酸地下水，就會(huì)造成碳化收縮的問題。這時(shí)，建筑物的混凝土抗拉強(qiáng)度如果低于混凝土碳化的收縮力，混凝土就很容易開裂。此外，碳化收縮難以改變，混凝土很容易暴露出來，處于二氧化碳濃度較高的條件中，很容易開裂。

2.3 建材失水收縮

在水工結(jié)構(gòu)施工過程中，水泥是非常重要的材料。在水泥應(yīng)用過程中，最常見的問題就是溫度與濕度的變化，這就導(dǎo)致水泥中存積的水分也會(huì)發(fā)生變化，失去水分就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)收縮問題。因此，在水泥失水的過程中，水泥石也會(huì)出現(xiàn)收縮，從而形成裂縫。在水工結(jié)構(gòu)工程中，失水收縮是產(chǎn)生裂縫的一個(gè)常見原因。

2.4 直接作用產(chǎn)生裂縫

水工結(jié)構(gòu)工程在進(jìn)行混凝土施工的過程中，受到各方面的壓力與重力等直接作用，會(huì)導(dǎo)致裂縫，如土塊壓力、構(gòu)造物自身的重力等。在設(shè)計(jì)過程中，可以明確荷載，從而科學(xué)有效地進(jìn)行把控。在結(jié)構(gòu)裂縫中，由直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫占1/4。

3 水工結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目施工中裂縫的防治策略

3.1 嚴(yán)格控制施工的原材料

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格管控施工原材料，在選取材料的過程中做到科學(xué)謹(jǐn)慎，是將水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土中裂縫控制在一定范圍內(nèi)的有效措施?？刂苹炷恋呐浔?，對(duì)提升混凝土質(zhì)量有著重要的意義，因此要加強(qiáng)對(duì)混凝土材料配比比例的研究和控制。因?yàn)槟嗌?、水泥、砂礫等是原材料的主要構(gòu)成部分，所以在選取這些材料的過程中需要加強(qiáng)注意。（1）要注意避免選擇沙石中含泥量高的材質(zhì)，這類材料不具備較好的性能，而且強(qiáng)度也比較弱；（2）在選取材料的過程中，應(yīng)盡量選取砂礫較大的材質(zhì)，一旦選取到砂礫較小材質(zhì)，會(huì)造成使用量大并且產(chǎn)生大量熱量，同時(shí)要選擇收縮系數(shù)較小的材質(zhì)，以降低混凝土的內(nèi)部應(yīng)力；（3）需要細(xì)致篩選各類添加劑?？傊?，在選擇原材料時(shí)要處處小心謹(jǐn)慎，從材料上控制裂縫的產(chǎn)生。

在選擇原材料時(shí)，要盡量選擇水泥含量比較少的混凝土，這樣能夠在一定程度上有效處理大量的水化熱。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國很多工程中都采取了混摻煤灰與礦渣的手段，以降低水熱化的發(fā)生頻率。具體而言，在調(diào)配混凝土的過程中，需要結(jié)合工程的實(shí)際需求，適當(dāng)增添相應(yīng)的添加劑，從而有效增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度。

3.2 合理有效地控制溫度

混凝土出現(xiàn)裂縫，溫度的變化是一個(gè)重要的原因。但是溫度是一個(gè)變化較大的因素，很難隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行有效控制。因此在控制溫度時(shí)，一定要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，在進(jìn)行混凝土澆筑前，要結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)，如體積等，計(jì)算出澆筑時(shí)能夠達(dá)到的溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土溫度變動(dòng)的有效控制。

3.3 把控施工進(jìn)程

在施工的過程中沒有正確操作，或者產(chǎn)生不恰當(dāng)?shù)男袨?，也?huì)導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫，因此需要嚴(yán)格有效地控制施工的進(jìn)程。（1）在施工作業(yè)時(shí)間方面，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間，避免選取在過冷或過熱的時(shí)段進(jìn)行施工，施工作業(yè)的時(shí)間最好選取在春秋季節(jié)。（2）溫差過大也容易導(dǎo)致裂縫，在施工過程中，采取分層澆筑或分塊澆筑的辦法來改善這一問題。在澆筑過程中應(yīng)避免中斷，并在混凝土中設(shè)置冷卻水管。（3）在完成混凝土澆筑工作之后，應(yīng)對(duì)表面及時(shí)進(jìn)行潮濕保養(yǎng)工作，有效預(yù)防表面干裂破壞。

4 結(jié)束語

研究并分析水工結(jié)構(gòu)工程裂縫出現(xiàn)的原因，對(duì)于促進(jìn)國家的發(fā)展進(jìn)步有著重要的作用。水工結(jié)構(gòu)工程裂縫治理的關(guān)鍵仍然在于預(yù)防，同時(shí)后期也需要做好維護(hù)工作。由于水工結(jié)構(gòu)施工會(huì)被許多不確定因素所影響，在施工設(shè)計(jì)的過程中，預(yù)防措施方面難以保證周全，容易出現(xiàn)漏洞，因此需要在施工技術(shù)方面加強(qiáng)控制，以最大限度減少不確定因素對(duì)水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工的影響，從而有效減少工程裂縫的產(chǎn)生。在裂縫產(chǎn)生之后，要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)或加固，有效做好對(duì)裂縫的控制，使結(jié)構(gòu)工程功能的發(fā)揮得以保證。