水工混凝土裂縫的主要原因及防治措施

張安生

(盤山縣水利建筑工程處，遼寧 盤錦 124000)

裂縫的存在對結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和穩(wěn)定性等帶來非常不利的影響，同時(shí)大大縮短了結(jié)構(gòu)的服役壽命，這主要體現(xiàn)在加速混凝土碳化、促使混凝土溶蝕與凍融破壞、加快鋼筋的銹蝕、改變原應(yīng)力狀態(tài)、產(chǎn)生滲漏、破壞結(jié)構(gòu)整體性等方面[1-2]。水工混凝土存在結(jié)構(gòu)體積大、易受環(huán)境約束、熱傳導(dǎo)性差、抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn)，工程中非常容易形成裂縫，所以有效控制裂縫逐漸成為水利工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)[3]。受工程特性、外界環(huán)境和施工工藝等因素影響，水工混凝土裂縫存在不斷擴(kuò)張的趨勢，其中混凝土收縮變形、配合比設(shè)計(jì)、內(nèi)外部約束、環(huán)境溫度、材料特性、體型體量、水泥水化、施工條件等因素均可導(dǎo)致混凝土裂縫[4]。實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)不當(dāng)、混凝土材料和施工因素導(dǎo)致混凝土裂縫的概率為5%、15%、80%。所以，為了降低混凝土有害裂縫的出現(xiàn)，保證工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量及其設(shè)計(jì)使用年限，有必要采取切實(shí)可行的防裂技術(shù)[5-6]。

1 水工混凝土裂縫類型

一般地，將混凝土裂縫按照不同的成因可劃分為四大類型，即塑性收縮、溫度、干縮和沉陷裂縫。

1.1 塑性收縮裂縫

實(shí)際工程中，因混凝土內(nèi)部存在較大的水分流失較易產(chǎn)生塑性收縮裂縫，與形成的土縮裂縫相比塑性收縮裂縫往往于完全凝固前形成，這也是兩者最顯著的差異[7]?；炷帘砻婧械乃质軓?qiáng)風(fēng)力、太陽暴曬等外界環(huán)境作用被汽化揮發(fā)，從而使得結(jié)構(gòu)內(nèi)、外部出現(xiàn)不平衡壓力，并形成中間寬、兩邊窄的裂縫，這給后期工程的運(yùn)行帶來極大的安全隱患。

1.2 溫度裂縫

混凝土內(nèi)部與表面存在較大的溫差是引起溫度裂縫的主要原因，水工混凝土溫度裂縫多形成于養(yǎng)護(hù)及澆筑環(huán)節(jié)。水泥作為構(gòu)成混凝土的重要原材，水泥水化會釋放極大的熱量，因結(jié)構(gòu)表面散熱較快能夠快速的冷卻，而內(nèi)部熱量比較聚集不易散發(fā)，當(dāng)溫差超過某臨界值時(shí)就產(chǎn)生了溫度裂縫[8]。其中，分縫及大壩施工過程中最易產(chǎn)生溫度裂縫。

1.3 干縮裂縫

混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后往往會出現(xiàn)干縮裂縫，實(shí)踐表明干縮裂縫在養(yǎng)護(hù)結(jié)束15d內(nèi)存在較高的發(fā)生概率。其中，外界自然因素影響和混凝土養(yǎng)護(hù)不合理是產(chǎn)生干縮裂縫的主要原因，在兩者的綜合影響下混凝土流失較多的水分，并產(chǎn)生大范圍的干縮，當(dāng)干縮應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度極限時(shí)就形成了裂縫。在外觀形態(tài)上這類裂縫多呈網(wǎng)狀，干縮裂縫的存在極大的降低了結(jié)構(gòu)的抗?jié)B水性、抗壓性能和服役壽命[9]。

1.4 沉陷裂縫

由于地基不均勻沉降產(chǎn)生的沉陷裂縫較難控制，其中技術(shù)人員未科學(xué)樹立軟土地地基屬引起不均勻沉降的關(guān)鍵因素，軟基承載力低、穩(wěn)定性差等易形成沉降。與其它裂縫相比沉陷裂縫存在較深的深度，同時(shí)地基方向和深度也會在一定程度上影響沉陷裂縫寬度。一般地，沉陷裂縫寬度隨著地基沉降深度的增大而增加，且外界不利因素也會對沉陷裂縫產(chǎn)生一定影響。

2 成縫原因與防治對策

2.1 原因分析

通過進(jìn)一步分析混凝土裂縫在施工過程中的形成機(jī)制，可以將裂縫劃分為荷載與非荷載兩類。其中，水利施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的收縮裂縫、溫度裂縫等都屬于非荷載裂縫[10]。雖然，二者都屬裂縫的范疇，但引起各類裂縫的原因明顯不同，總體上可將形成裂縫的原因歸結(jié)為以下幾種：

1)結(jié)構(gòu)組件受力不均勻。一般地，水利工程的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且施工環(huán)節(jié)多，結(jié)構(gòu)組件承載力存在一定差異，在荷載承受力方面不同類型的結(jié)構(gòu)不盡相同。在施工過程中相關(guān)技術(shù)人員若未能掌握不同構(gòu)件的受力性能、荷載傳遞方向，將無法準(zhǔn)確了解結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)及其受力原理，也就無法確?；炷两Y(jié)構(gòu)能夠承受其承載范圍內(nèi)的荷載量。若混凝土結(jié)構(gòu)承受了超出其極限承載的荷載量，勢必會造成構(gòu)件開裂的現(xiàn)象。

2)原材質(zhì)量不合格。砂石、水泥等組成混凝土的原材料質(zhì)量優(yōu)劣，在很大程度上直接決定了混凝土是否會出現(xiàn)裂縫。若將質(zhì)量不過關(guān)的原材料用于拌制混凝土，將大大提高裂縫出現(xiàn)的概率，明顯降低水利結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，無法保證工程的安全運(yùn)行。

3)配比設(shè)計(jì)不合理。若調(diào)配混凝土過程中，技術(shù)人員將水與水泥之間的比例搞混，將大大降低混凝土的抗裂性，未選擇的水泥類型不合理也會導(dǎo)致以上問題。此外，與國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相比若混凝土的抗裂性明顯較低，將不可避免的引起裂縫，給工程質(zhì)量安全帶來極大的影響。

4)內(nèi)外溫差過大。實(shí)踐表明，內(nèi)外部存在較大的溫差也是引起裂縫的關(guān)鍵因素，溫差超過5℃時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生裂縫。

5)施工操作失誤。一直以來，各參建部門都高度重視水利工程施工質(zhì)量，為有效保證混凝土質(zhì)量施工企業(yè)制定了相應(yīng)的操作手冊、規(guī)章制度，并在施工現(xiàn)場專門安排人員巡查。然而，在建設(shè)施工及原材料選配時(shí)技術(shù)人員依然存在諸多問題，這也是裂縫形成的重要原因。

2.2 防治措施

為了降低混凝土裂縫在水利工程施工過程中的發(fā)生概率，可從以下角度入手采取有效的防治措施：

1)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)。由于混凝土質(zhì)量的高低在很大程度上取決于原材料的用量，因此混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)引起施工技術(shù)人員的高度重視，通過優(yōu)化混凝土配合比、適當(dāng)增加骨料粒徑與級配、調(diào)整比例外摻粉煤灰等降低混凝土的絕熱溫升[11]。首先，技術(shù)人員選擇的原材料必須符合水利工程質(zhì)量要求，并結(jié)合實(shí)際情況盡量減少水的用量；在配置混凝土?xí)r技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范均勻混合各類原材料，同時(shí)可以適量摻入一定量的粉煤灰，為保證混凝土質(zhì)量達(dá)標(biāo)必須最大程度的把控整個(gè)拌制過程；然后，完成混凝土拌合和定期養(yǎng)護(hù)后，要隨機(jī)抽查試樣檢測其是否達(dá)到強(qiáng)度要求，若不符合要求應(yīng)重新制作；最后，可優(yōu)選復(fù)合高效型外加劑以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗裂能力，外摻pp纖維提高混凝土抗拉能力和早期強(qiáng)度，防止出現(xiàn)早期裂縫。

2)嚴(yán)格把控施工過程。對于混凝土施工過程相關(guān)技術(shù)人員必須全過程嚴(yán)格把控，最大程度的減少施工時(shí)發(fā)生裂縫的可能。實(shí)踐表明，通過二次振搗能夠有效的降低裂縫形成概率，同時(shí)有利于把控混凝土收縮量。

3)加強(qiáng)溫度控制?；炷亮芽p的形成還與內(nèi)外部溫差過大有關(guān)，所以嚴(yán)格控制混凝土溫度屬技術(shù)人員的重要工作。在選擇混凝土原材料時(shí)技術(shù)人員可選用低發(fā)熱量的水泥，以防出現(xiàn)劇烈的水化反應(yīng)和過大的溫差，這也是溫差控制的有效途徑[12]。此外，高溫季節(jié)可以采取晚間進(jìn)料、骨料堆高，骨料、上料斗、外加劑料堆、送料皮帶機(jī)搭棚遮陽，水泥粉煤灰提前進(jìn)料，料堆頂部冷水噴淋，蓄水池保溫并遮陽防曬，每次拌和上料控制不超過15min，采用加冰冷水拌和、冷水拌和及加冰拌和等措施，以降低混凝土出倉溫度等措施；混凝土運(yùn)輸車輛沖洗、隔熱、遮陽降溫，對吊罐遮陽、隔熱，以降低運(yùn)輸時(shí)的溫升，保證澆筑穩(wěn)定；增加機(jī)械設(shè)備，加快入倉速度，加強(qiáng)人員管理；預(yù)埋冷卻水管，采用河水及深井水通水降溫，已澆混凝土表面進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)。

4)合理安排施工進(jìn)度。安排低溫季節(jié)澆筑大體積混凝土，必須按照設(shè)計(jì)要求控制高差。此外，施工中嚴(yán)格控制澆筑層厚和層間間歇期，短間歇均勻上升，避免出現(xiàn)薄層長間歇；高溫季節(jié)利用夜間澆筑，盡量選擇早、晚或夜間澆筑。為了有效解決施工過程中存在的混凝土質(zhì)量問題，施工企業(yè)要加大監(jiān)督力度，每天定時(shí)組織工作人員進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)問題當(dāng)場立即糾正。

5)合理選擇原材料。技術(shù)人員要加強(qiáng)對混凝土原材料的質(zhì)量控制，特別是對水泥類型，要嚴(yán)格按照建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)挑選各方面符合要求、品質(zhì)良好的材料，從根本上杜絕蜂窩、麻面等質(zhì)量問題的出現(xiàn)。水泥類型選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況、施工技術(shù)方案，全面掌握工程使用流程和各類水泥基礎(chǔ)信息合理選擇。水泥進(jìn)場時(shí)，施工單位應(yīng)專門專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)收，對水泥是否結(jié)塊凝固、生產(chǎn)許可證、質(zhì)量檢驗(yàn)合格證等仔細(xì)的檢查，對檢驗(yàn)不合格或者生產(chǎn)許可證缺少的水泥堅(jiān)決禁止入場，從而保證混凝土的抗?jié)B透性、抗壓強(qiáng)度符合要求。

3 結(jié) 論

文章從混凝土裂縫類型、成因的角度，全面識別了導(dǎo)致水工混凝土裂縫的要因，其中水泥水化熱屬于導(dǎo)致溫度裂縫的主因，混凝土外部約束、自身收縮及環(huán)境溫度變化也會對裂縫的形成產(chǎn)生較大的影響?？傮w而言，水工混凝土裂縫控制應(yīng)引起相關(guān)技術(shù)人員的高度重視，通過對不同防裂技術(shù)的對比分析確定最佳的裂縫防控對策，以進(jìn)一步改良和優(yōu)化混凝土防裂技術(shù)發(fā)展。