水利工程混凝土裂縫成因及防治措施探析

蘇理河

廣西珠委南寧勘測(cè)設(shè)計(jì)院（530007）

在水利工程的施工過(guò)程中，混凝土的裂縫會(huì)對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，所以，需要針對(duì)不同種類(lèi)型的裂縫成因進(jìn)行深入的分析，以便有針對(duì)性的制訂防治方案。

1 水利工程混凝土裂縫類(lèi)型及產(chǎn)生原因

水利工程混凝土裂縫類(lèi)型較多，文章主要針對(duì)干縮裂縫與溫度裂縫進(jìn)行分析探討。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫一般是在混凝土養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)。在混凝土的澆筑過(guò)程中，混凝土要將各種材料進(jìn)行混合，但是化學(xué)變化完成尚早，在其后續(xù)較長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中還會(huì)不斷的吸水，從而導(dǎo)致凝膠、水以及骨料之間產(chǎn)生相互的化合作用，從而形成堅(jiān)硬的材料。所以，養(yǎng)護(hù)本身就屬于混凝土結(jié)構(gòu)程序參與的關(guān)鍵性步驟，而不是后續(xù)的輔助措施。在投入使用之前出現(xiàn)裂縫，就稱(chēng)之為干縮裂縫。這一種裂縫本身產(chǎn)生的危害較大，會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)脆性變化或者是產(chǎn)生形狀的變化，進(jìn)而導(dǎo)致整體的報(bào)廢[1]。針對(duì)干縮裂縫而言，其產(chǎn)生的主要原因在于水泥品種、混凝土相對(duì)應(yīng)的配合比以及養(yǎng)護(hù)條件。通過(guò)相關(guān)的資料研究分析來(lái)看，氯酸三鈣的含量較低，并且細(xì)度適中，其礦渣含量偏少的水泥品種的干縮較小?；诨炷恋呐浜媳燃右苑治?，混凝土干縮率主要是單位用水量和水泥用量與砂率所決定的?；诒容^分析，用水量的影響最為明顯。伴隨著水泥量、砂率以及用水量的不斷增加，也會(huì)導(dǎo)致混凝土的干縮率進(jìn)一步的增加。所以，通過(guò)水量偏低的貧水泥混凝土，其砂率相對(duì)較低的干硬混凝土，其干縮率較小。同時(shí)，也需要考慮到失水養(yǎng)護(hù)，以滿足干縮發(fā)生的有效延緩。

1.2 溫度裂縫

針對(duì)水利工程而言，其混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，主要是因?yàn)榛炷敛牧蟽?nèi)部溫度出現(xiàn)差異及材料特性等原因，在溫度變形過(guò)程中混凝土受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力造成的。第一，混凝土內(nèi)部溫度差異出現(xiàn)的原因在于:①外部因素:由于環(huán)境溫度的差異性，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部溫差較大，從而導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。如某露天建設(shè)的鋼筋混凝土懸臂式堤防工程，其擋水板暴露于大氣空間，基礎(chǔ)埋于地下2 m以下，其地面以上混凝土板的溫度隨氣溫而變化，范圍可達(dá)到0℃~45℃,而地下混凝土板的溫度一般維持在22℃左右,于是地上地下的混凝土板在不同季節(jié)都產(chǎn)生溫度差,如果混凝土板的抗拉強(qiáng)度不足將造成溫度裂縫。②內(nèi)部因素:主要是因?yàn)樵诨炷恋臐仓^(guò)程中水泥會(huì)產(chǎn)生水化熱，使混凝土內(nèi)外散熱出現(xiàn)差異，從而導(dǎo)致混凝土的內(nèi)外溫差出現(xiàn)裂縫。第二，材料特性方面的原因在于:因?yàn)榛炷帘旧韼в袩崦浝淇s、抗拉強(qiáng)度低的基本特性，溫度高的一部分混凝土，其產(chǎn)生的熱膨脹會(huì)直接形成壓應(yīng)力，而溫度較低的一部分會(huì)產(chǎn)生收縮，并且形成拉應(yīng)力，由于材料抗拉強(qiáng)度不足，收縮部分拉應(yīng)力大于材料抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂縫[2]。

2 水利工程混凝土裂縫防范要點(diǎn)

對(duì)于水利工程混凝體裂縫的防范，只要做好混凝土原料與配合比的有效控制以及施工養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)措施，是可以防范減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，滿足水利工程的混凝土質(zhì)量要求的。

2.1 混凝土原料及配合比控制

首先要選用合適的水泥品種。原料的質(zhì)量是裂縫影響的主要因素之一，在施工過(guò)程中，需要根據(jù)不同混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境特點(diǎn)，選用合適的水泥材料。如大體積混凝土宜盡量選用水化熱低的水泥品種，以減少混凝土內(nèi)外溫差。裂縫控制要求高的混凝土結(jié)構(gòu)宜選用強(qiáng)度高的硅酸鹽水泥品種。其次，要做好混凝土配合比的設(shè)計(jì)。針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的不同功能要求選擇合理的配合比，以此來(lái)減少裂縫產(chǎn)生。再次，要做好水泥用量控制。最后，外加劑的使用也是混凝土性能得以提升的有效因素，在混凝土之中可以選擇添加一定量的引氣劑及高效減水劑等，從而降低混凝土的用水量和膠凝材料的用量[3]。

2.2 各種裂縫的防治措施

針對(duì)上述出現(xiàn)的各種裂縫類(lèi)型，需要找到合理有效的防治措施，從而滿足混凝土質(zhì)量的要求。

2.2.1 干縮裂縫防治

為了避免混凝土結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)干縮裂縫，需要做到:①選用干縮較小的水泥品種，如硅酸鹽水泥的干縮要低于礦渣水泥。②基于規(guī)范要求，做好伸縮縫的合理設(shè)置，對(duì)于有防水要求的，還需要做好止水措施的設(shè)置。③降低水灰比，盡可能減少水泥用量，以此來(lái)改善混凝土的性能。④合理的選擇配筋率，并且要求配筋率不宜過(guò)高，構(gòu)造筋的設(shè)置要求能夠均勻的進(jìn)行分布，避免應(yīng)急集中從而出現(xiàn)裂縫。⑤混凝土抗拉強(qiáng)度需要適當(dāng)?shù)奶岣?。在保持一定水泥用量條件下，水灰比的縮小，可以增加抗拉強(qiáng)度，其大于混凝土干縮應(yīng)力的增加，這樣可以滿足對(duì)于裂縫發(fā)展區(qū)域的控制。通過(guò)早強(qiáng)劑的實(shí)用，可以實(shí)現(xiàn)早期強(qiáng)度的提升，但是會(huì)對(duì)應(yīng)的加大其干縮。所以，還需要基于抗裂安全的提升作為目標(biāo)，綜合的考慮到后續(xù)的措施。⑥施工環(huán)節(jié)，需要確保振搗方法的準(zhǔn)確性，要求其密實(shí)度達(dá)標(biāo)，并且防范振搗過(guò)度。另外，也需要考慮到濕水養(yǎng)護(hù)處理，以此來(lái)保障養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量，將干縮發(fā)生的可能性延遲。⑦做好設(shè)計(jì)構(gòu)造的完善。通過(guò)伸縮縫的合理設(shè)置，盡可能減少約束作用，將約束的實(shí)際范圍縮小。同時(shí)，選擇小直徑的薄壁構(gòu)件配筋，適當(dāng)增加布筋的密度，這樣也可以實(shí)現(xiàn)裂縫發(fā)展趨勢(shì)的有效控制。⑧做好混凝土的科學(xué)養(yǎng)護(hù)，一般來(lái)說(shuō)，在澆筑12 h之內(nèi)就需要做好混凝土覆蓋處理，并且采取合理有效的保溫措施，以此來(lái)降低降溫過(guò)程之中出現(xiàn)的溫差，并且將養(yǎng)護(hù)時(shí)間適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)[4]。

2.2.2 溫度裂縫防治

在水利工程的混凝土施工環(huán)節(jié)，需要做好施工溫度的有效控制，以此來(lái)控制裂縫的產(chǎn)生。

1）降低澆筑溫度與水化熱。盡量使用低發(fā)熱量的水泥的，如大壩水泥、礦渣水泥等，這樣可以減少水化熱所引起的絕熱溫升；做好骨料級(jí)配的合理改善，并且適當(dāng)?shù)脑黾哟髩K石，添加一定的混合材料，適當(dāng)?shù)臏p少砂率，以滿足水泥用量的控制，一般來(lái)說(shuō)，要求其不能超過(guò)450 kg/m3，盡可能降低水灰比，一般控制在0.6以下；合理有效的改善攪拌的加工工藝，落實(shí)混凝土澆筑溫度的有效控制；適當(dāng)?shù)奶砑油饧觿?，改善混凝土拌合物的保水性與流動(dòng)性，這樣有利于分層澆筑的實(shí)施，可以降低水化熱；盡可能避免夏季施工，杜絕中午澆筑。

2）控制內(nèi)外溫差。針對(duì)水利工程的大體積混凝土，需要做好內(nèi)部冷卻管道的設(shè)置，通過(guò)冷氣或者是冷水來(lái)做好內(nèi)部的散熱處理，以此來(lái)降低內(nèi)外溫差；蓄水養(yǎng)護(hù)是目前大體積混凝土結(jié)構(gòu)的有效方式之一。在完成終凝之后，其表面會(huì)有一定深度水的續(xù)存。由于水本身的導(dǎo)熱系數(shù)為0.58 W/m·k，能夠起到一定的保溫隔熱，能夠降低表面水化熱的降溫速率，最終實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部溫差的縮小。

3）注重全過(guò)程的混凝土養(yǎng)護(hù)。在完成混凝土澆筑之后，要及時(shí)使用麻袋、草簾等進(jìn)行覆蓋處理，并且落實(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，盡可能將養(yǎng)護(hù)的時(shí)間延長(zhǎng)，確保表面緩慢的冷卻。在寒冷季節(jié)，還需要采取有效的保溫處理，避免寒潮的襲擊。針對(duì)壩岸結(jié)合的位置，在拆模之后，需要盡快的回填土，避免過(guò)大的氣溫變化產(chǎn)生危害，同時(shí)也可以有效延緩降溫的速率。

4）合理改善約束條件?；炷恋臐仓?yīng)該做好施工工序的合理安排?？紤]到大體積混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)聯(lián)到溫度應(yīng)力，一旦澆筑結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，其溫度應(yīng)力也會(huì)對(duì)應(yīng)的提升。所以，就需要采取積極有效的措施來(lái)縮小約束范圍，并且進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳?，確保自由伸縮能夠達(dá)到釋放溫度應(yīng)力的目的。在孔洞的周?chē)?、轉(zhuǎn)角處、斷面突變部位等，因?yàn)榛炷潦湛s、溫度變化，會(huì)有應(yīng)力集中情況的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。所以，就可以考慮到增加斜向鋼筋；各個(gè)塊體平行施工，避免相鄰的澆筑塊過(guò)大，側(cè)面出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的暴露；在斷面突變位置上，可以局部的處理，并且增加抗裂鋼筋。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，做好混凝體裂縫的控制，需要結(jié)合水利工程環(huán)境、結(jié)構(gòu)、材料等實(shí)際情況，針對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的不同原因，綜合采用一系列的設(shè)計(jì)、施工措施，能夠確保對(duì)各種裂縫進(jìn)行有效的防范處理。