探析水閘工程施工期混凝土裂縫控制

李燦陽

（廣州市南沙區(qū)磨碟頭工程管理所，廣東廣州 510000）

1 水閘工程施工中混凝土裂縫出現(xiàn)的原因

水閘是主要由閘墩和底板兩個部分組成的水工混凝土結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)倒T字型。閘墩的底部會受到閘底板的約束，上部可以進行自由地伸縮。閘墩裂縫往往以棗核狀呈現(xiàn)，為順直向，中間部位比兩端大，裂縫不斷向上發(fā)展。通常，都會出現(xiàn)于施工階段混凝土表面，之后逐步擴至內(nèi)部。因墩墻寬度較小，過窄，裂縫很容易貫穿整個墩墻，導致貫穿性裂縫的產(chǎn)生。相比墩墻裂縫，底板裂縫具有諸多相似性，多屬于沉陷裂縫，受沉陷情況影響，其走向可能向上，也可能向下，通常垂直于地面，或存在45°角。據(jù)大量工程實踐可見，水閘工程中產(chǎn)生混凝土裂縫的原因主要具有以下幾個方面：①底板受到基礎(chǔ)的約束比較大，或底板對墩墻約束較強，導致拉應(yīng)力過大等現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而導致混凝土產(chǎn)生裂縫；②混凝土的齡期比較早。由于溫差比較大，或冷空氣來襲，很容易在混凝土的表面產(chǎn)生比較大的溫度梯度，導致溫度裂縫的產(chǎn)生；③完成混凝土振搗施工后，水泥逐步固結(jié)、硬化，在空氣中混凝土水分漸漸蒸發(fā)，從而出現(xiàn)混凝土干縮，產(chǎn)生濕度變化梯度，出現(xiàn)裂縫；④在混凝土的內(nèi)部存在自生的體積變形。由于水泥的水化作用，水分消耗極快，導致水泥用水量缺乏，引起自干燥現(xiàn)象，致使混凝土的相對濕度大大減少，體積收縮，進而出現(xiàn)裂縫。除上述因素以外，因水閘工程施工復雜，設(shè)計不合理、施工控制措施不到位等都會出現(xiàn)開裂問題，為此，必須重視裂縫問題，采取切實可行的預防措施，全面提高工程質(zhì)量。

2 水利施工中混凝土裂縫的危害

2.1 出現(xiàn)滲漏

水閘若出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象，極易產(chǎn)生滲漏水情況，其形成原因在于兩點：①在壓力水作用下，裂縫將進一步擴展；②當水滲入到混凝土的內(nèi)部后，會導致水泥中的部分Ca（OH）2發(fā)生溶解，導致水泥的水化物發(fā)生水解的現(xiàn)象加快。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，滲漏在裂縫危害中所占比例最大，可達到60%左右。

2.2 加速混凝土碳化

因出現(xiàn)裂縫，混凝土內(nèi)部或水泥內(nèi)的一些水化物極易與空氣中的CO2發(fā)生作用，形成碳酸鈣，即發(fā)生混凝土的碳化。當混凝土內(nèi)同時滲入水、空氣，極易銹蝕鋼筋。此外，由于混凝土碳化，則會加快混凝土裂縫發(fā)展速度，最終破壞混凝土結(jié)構(gòu)。據(jù)實驗研究表明，當空氣內(nèi)CO2濃度不高的情況下，則混凝土碳化速度很慢，若混凝土密實性較差或出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，將加速碳化速度，一般1—2年內(nèi)完成。

2.3 影響混凝土結(jié)構(gòu)強度與穩(wěn)定性

對于混凝土結(jié)構(gòu)，開裂最直接的影響在于結(jié)構(gòu)強度與穩(wěn)定性。一般若為輕微裂縫，則僅僅會對結(jié)構(gòu)的外觀造成影響，但不會影響其正常使用功能。若為嚴重裂縫，如貫穿性裂縫，則會危害結(jié)構(gòu)正常使用情況，甚至破壞結(jié)構(gòu)，導致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

3 水閘工程施工期混凝土防裂措施

3.1 控制混凝土澆筑時間

①避開高溫季節(jié)施工?；炷羶?nèi)水泥含量多，水泥水化反應(yīng)的過程屬于放熱過程，混凝土導熱性差，很難消除混凝土內(nèi)部熱量。在高溫季節(jié)施工，外部具有較高溫度，對混凝土散熱極為不利，在混凝土早期，極易出現(xiàn)吸熱現(xiàn)象，這種情況下將增加混凝土內(nèi)部溫度，為此，混凝土施工，需避開高溫季節(jié)，選擇在較低溫度的夜間施工，此外，還應(yīng)重視混凝土養(yǎng)護，從而避免裂縫產(chǎn)生；②避開嚴寒季節(jié)施工。溫度較低條件下，將延緩水泥水化作用，增加混凝土凝固時間。如在21.2℃，需6h達到混凝土凝固；如為4.5℃，需12h達到混凝土凝固，由此可見，伴隨混凝土溫度增加，混凝土凝固時間將隨之減少，具體如表1所示。

表1混凝土凝固時間

3.2 表面保溫保濕

在混凝土防裂處理中混凝土養(yǎng)護極為重要。一般在澆灌完混凝土后，只有在溫度等條件適宜的情況下，才能進行養(yǎng)護。與其他工程不同，水閘混凝土具有較大裸露面，當溫度變化較大的情況下，在施工前期極易產(chǎn)生裂縫問題，隨著時間的增加及自然因素的影響，裂縫將持續(xù)加深，不斷發(fā)展，從而影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。為此，養(yǎng)護極為關(guān)鍵。對于混凝土表面，通過利用保溫保濕覆蓋的方式，能夠有效減少混凝土結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的熱量交換以及濕度交換，進而減少表面裂縫發(fā)生。需要注意，如果混凝土結(jié)構(gòu)保溫效果比較好，則混凝土內(nèi)部溫度會隨之升高，達到峰值所需時間也比較長。另外，如果混凝土結(jié)構(gòu)表面保溫效果比較好，則混凝土表面散熱能力比較弱，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部所蘊藏的熱量比較高，在達到熱量產(chǎn)生平衡于散熱平衡時所經(jīng)歷的時間比較長。通常情況下，隨著混凝土保溫性能的增強，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差會隨之降低，混凝土結(jié)構(gòu)為熱的不良導體，因此混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳遞速度比較慢，結(jié)構(gòu)表面容易受到保溫措施的影響，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)所受到的影響比較小，因此，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較小。

3.3 改善約束

①合理分縫分塊。分縫分塊是指混凝土通過縱、橫縫設(shè)置，將其整體劃分為若干塊柱狀結(jié)構(gòu)進行有計劃地澆筑。這樣可減少混凝土澆筑面積，因水閘體積較大，各個部位所受荷載均不同，極易產(chǎn)生不均勻沉降問題，從而導致開裂。為此，將沉降縫設(shè)于不同基巖位置，可有效避免裂縫產(chǎn)生；②控制澆筑層厚度和層間間歇時間。施工階段，澆筑厚度及層間間歇直接影響散熱效果。隨著澆筑層厚度的增加，散熱效果將會越來越差。因此，應(yīng)合理控制澆筑層厚度。此外，相比混凝土早期最高溫度產(chǎn)生的時間，若間歇時間過大，將不利于新澆筑的上層混凝土防裂控制?；诖?，一般可采用短間歇連續(xù)均勻上升的方法，且15d以內(nèi)控制層面間歇時間。

3.4 優(yōu)化混凝土構(gòu)件處理技術(shù)，優(yōu)選最佳原材料

施工單位是水利工程施工的主體單位，為有效避免裂縫對水利工程整體質(zhì)量和性能的影響，施工單位比較對混凝土構(gòu)件進行科學合理的處理，最大限度避免構(gòu)件發(fā)生斷裂而引發(fā)應(yīng)用集中的問題產(chǎn)生。并根據(jù)水利工程的實際情況，合理使用大補償混凝土施工技術(shù)，以達到不斷強化混凝土強度的目的。研究表明，混凝土裂縫中收縮性裂縫約占75%以上，所以在混凝土配合比時，要適當加入一些膨脹劑來緩解混凝土的收縮應(yīng)力。同時，水利工程現(xiàn)場施工技術(shù)人員還要高度重視混凝土現(xiàn)象，積極學習鋼筋構(gòu)造方面相關(guān)知識。

在水利工程實踐中，科學選擇原材料，能夠有效防治混凝土裂縫，提高施工技術(shù)。該過程中，要對采購環(huán)節(jié)進行嚴格控制，確保水泥質(zhì)量、型號達標，符合水利工程施工要求。砂石選購過程中，需要對雜質(zhì)含量進行嚴格檢測，確保水泥、砂石比例科學，達標后才可以應(yīng)用到具體工程實踐中，為水利工程施工奠定良好基礎(chǔ)。水利工程建設(shè)初期，需要采用專業(yè)方法，對原材料質(zhì)量進行反復核查，了解其性能、用途，監(jiān)督它的應(yīng)用過程，使混凝土材料質(zhì)量得到明顯提高，保證水利工程能夠順利進行。

3.5 摻聚丙烯纖維

在混凝土結(jié)構(gòu)硬化過程中，在水泥與骨料的交界位置以及水泥內(nèi)部會產(chǎn)生大量裂紋，在載荷因素的影響下，在裂紋附近會產(chǎn)生微裂縫區(qū)，隨著荷載的增加，微裂縫區(qū)的裂縫數(shù)量也會隨之增加。對此，可在混凝土混合料中加入一定量的纖維，阻擋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生。纖維的直徑比較小，可分布在混凝土結(jié)構(gòu)的各個方向，限制裂縫的產(chǎn)生。在纖維材料中，聚丙烯纖維比較常見，其與水泥的結(jié)合力較強，能夠在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成多向支撐體系，減少緩解混凝土塑性收縮以及溫降，提升混凝土結(jié)構(gòu)韌性以及抗拉能力。

3.6 設(shè)置后澆帶

作為施工環(huán)節(jié)的臨時變形縫，后澆帶需保留一段時間，隨后澆筑混凝土，該臨時變形縫就會被抹平、消除，經(jīng)過一系列操作整個結(jié)構(gòu)就會變?yōu)闊o變形縫結(jié)構(gòu)。設(shè)置后澆帶是為了消除結(jié)構(gòu)內(nèi)的永久變形縫，達到建筑物無縫設(shè)計。在混凝土防裂施工中，往往需要做到兩點，放與抗。①放是指永久伸縮縫等設(shè)置，通過此類施工縫設(shè)置，可將大部分變形釋放，從而降低應(yīng)力，阻止開裂；②抗是指通過一定預防措施，減小混凝土溫度差，避免收縮變形，增強抗拉強度。后澆帶防裂措施的應(yīng)用，正符合上述兩點，屬于放與抗的有效結(jié)合。要求先放后抗，為達到降低溫度應(yīng)力的目的，可將原整體結(jié)構(gòu)分為若干段進行澆筑施工。先通過永久伸縮縫等施工縫設(shè)置，將大部分變形充分釋放出來，在收縮應(yīng)力由此降低的基礎(chǔ)下，隔一段時間，隨后將之前分開的幾段進行整體澆筑，連續(xù)承受溫差、收縮應(yīng)力，從而實現(xiàn)抗的作用。相比整體一次性澆筑而言，分段澆筑所承受的溫差、收縮應(yīng)力較小，因此可起到防止開裂的作用。

4 結(jié)語

綜上所述，水閘是水利工程最重要的構(gòu)成部分，在水閘工程項目建設(shè)中，如果在施工過程中出現(xiàn)混凝土裂縫，則會影響水閘工程的耐久性和結(jié)構(gòu)強度。因此，做好水閘混凝土裂縫防治工作顯得尤為關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因，了解其危害，采用科學、有效的措施加大防治力度，從而提高施工質(zhì)量。