水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫成因及防治措施研究

王志勇

摘要：在我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，以及人們生活質(zhì)量日益提升的背景下，社會大眾對于水利水電工程質(zhì)量提出了更高、更新的要求。就水工結(jié)構(gòu)自身特征而言，形體較大、結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而為了確保工程質(zhì)量，通常會在水工結(jié)構(gòu)中應(yīng)用大體積混凝土。但由于大體積混凝土有著巨大的形體，受多種因素作用，會有一些裂縫出現(xiàn)，進(jìn)而給整個水利工程的質(zhì)量形成嚴(yán)重威脅。針對混凝土裂縫這一問題，更多人是在出現(xiàn)后，再采用相關(guān)措施或材料予以補(bǔ)救，這便造成了資金的浪費，也不利于整體建筑的美感。故此，文章立足筆者工作實踐，圍繞創(chuàng)新原則，將目光放到水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫的根源上，重點論述了水工結(jié)構(gòu)大體積混泥土裂縫的成因及相關(guān)防治，以保證工程質(zhì)量，獲得更高的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益。并且，從一些數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行關(guān)鍵詞檢索，能夠發(fā)現(xiàn)有關(guān)該方面的研究較少，研究較淺，關(guān)于裂縫成因的論述不夠。所以，本文研究也能一定豐富該領(lǐng)域研究，具有一定創(chuàng)新性。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;水工結(jié)構(gòu);裂縫;養(yǎng)護(hù)

前言

水工結(jié)構(gòu)相對于其他工程建設(shè)來講，一般都擁有較大的體積，施工建設(shè)需要耗費比較漫長的工期。而混凝土作為水土結(jié)構(gòu)建設(shè)中十分常見的建筑材料，可能會被諸多因素所影響，進(jìn)而出現(xiàn)種種問題。而裂縫就是混凝土施工中較易出現(xiàn)的一種問題，此問題不僅會給水工結(jié)構(gòu)大型建筑的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，還會降低整體建筑的美感[1]。如果不能良好解決這一問題，讓裂縫繼續(xù)發(fā)展下去，還可能威脅到周圍民眾的生命和財產(chǎn)安全。

水土結(jié)構(gòu)大體積混凝土

裂縫的類型

誠然，在大體積水工結(jié)構(gòu)建筑中，經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土裂縫，但這些裂縫并非都是同一類型的，唯有具體分析及研究裂縫類型，才可針對性的控制處理水工結(jié)構(gòu)建筑。大致來講，可從如下幾點進(jìn)行分類。

（一）形成時間

如果結(jié)合形成的時間進(jìn)行裂縫類型的劃分，可將水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土的裂縫分為三類，即早期裂縫、中期裂縫及晚期裂縫。上述三種裂縫不單是形成時間不一，由于不同的形成時間，其形成原因也具有一定差異[2]。一般早期裂縫出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)建筑施工完成一個月后，如果時間超過了一個月，那么就屬于中期裂縫。倘若是因為長期的使用，并忽略外部因素影響，所出現(xiàn)的混凝土裂縫，則屬于晚期裂縫的范圍。

（二）性質(zhì)劃分

因為并非全部裂縫都擁有穩(wěn)定的性質(zhì)，許多裂縫在出現(xiàn)之后，可能會伴隨時間的推移出現(xiàn)一些改變，此種變化和季節(jié)聯(lián)系緊密。通常，我們將這種裂縫稱為穩(wěn)定縫，因為它的變化是有規(guī)律的。還有一種裂縫，其并不會伴隨時間的流逝而出現(xiàn)改變，換而言之，無法結(jié)合尋常的規(guī)律來推測與預(yù)見這類裂縫的變化，故此，我們將之稱為不穩(wěn)定裂縫[3]。此外，有類裂縫不管外界如何變化，都不會出現(xiàn)改變，通常我們將這類裂縫稱為縫。

（三）危害程度

實際上，各類裂縫的危害性也不相同，故此，許多技術(shù)人員在劃分裂縫的時候，會結(jié)合裂縫不同的危害程度來分類。一般技術(shù)人員會根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)，將裂縫分為三個等級，即輕度、重度及具備危害性[4]。在實際工程中較為常見的是輕度裂縫，其不會較大程度影響到施工建設(shè)。而重度裂縫則會一定影響整個水工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如果不能及早發(fā)現(xiàn)并處理，就可能導(dǎo)致裂縫的危害性提升。具備危害性的裂縫，則會較為嚴(yán)重的影響及危害整體施工建設(shè)，需要相關(guān)技術(shù)人員高度重視這類裂縫的防治，以保證工程質(zhì)量及安全。

水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫的成因

導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)大體積混泥土出現(xiàn)裂縫的因素有許多，具體可分成單因素和多因素裂縫，根據(jù)工作實踐及文獻(xiàn)查閱，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的原因主要是三個方面，即設(shè)計原因、混凝土自身原因及施工原因。

（一）施工原因

水工結(jié)構(gòu)物有著很大體積，因而在施工中需要考慮的因素較多，并且，因為其自身具有的復(fù)雜性，所以有許多問題需要注意。大致來講，又可將施工因素細(xì)分為養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、澆筑振搗方式及施工工序這三類。

1.施工工序因素

通常而言，混凝土結(jié)構(gòu)物首先要進(jìn)行支模，然后綁鋼筋，進(jìn)行混凝土澆筑，大體積水工結(jié)構(gòu)物一般要分幾次澆筑，并且每次混凝土的澆筑量要控制好。具體澆筑時，完成首次澆筑后，要注意第二次澆筑的時間，保證兩次澆筑間隔時間合理，倘若間隔過久，就難以保證所配制混凝土中的水分，如此則會較大程度影響到混凝土的坍落度，進(jìn)而導(dǎo)致后期澆筑后，混凝土出現(xiàn)不規(guī)則的裂縫[5]。同時，一些現(xiàn)場施工人員為了解決這一問題，往混凝土中直接加水，也會給配制好的混凝土性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

完成澆筑后需進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù)，再將模板拆除，然而，在具體施工過程中，存在有過早拆模的情況，這樣一來就會直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)，致使結(jié)構(gòu)無法達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，難以滿足種種荷載組合，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。

2.澆筑振搗因素

澆筑與振搗須按計劃開展，澆筑與振搗方式不合理，會直接影響混凝土的質(zhì)量，導(dǎo)致表面出現(xiàn)浮漿，甚至可能引發(fā)混凝土離析、分層等情況，漸漸就可能出現(xiàn)混凝土開裂的問題，在這時砂漿會向著低處流動，進(jìn)而影響材料的均勻分布，從而致使混凝土在結(jié)構(gòu)交界面出現(xiàn)裂縫。

3.不合理的養(yǎng)護(hù)

由于水工結(jié)構(gòu)不合理養(yǎng)護(hù)所導(dǎo)致的裂縫情況較多，其中一項關(guān)鍵因素便是現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)不當(dāng)。在結(jié)束澆筑后，后期養(yǎng)護(hù)要及時進(jìn)行，倘若混凝土表面過為干燥，就會導(dǎo)致混凝土表面及內(nèi)部的水分流失，致使內(nèi)部與表面發(fā)生大量收縮，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。

（二）混凝土自身原因

同樣可將混凝土的自身原因分為三類，即混凝土的收縮、材料及水泥水化熱。

1.水泥水化熱

大體積水工結(jié)構(gòu)物在澆筑時，在水化原因的作用下，會有大量熱量產(chǎn)生。但由于前文我們提到，大體積水工結(jié)構(gòu)物體積巨大，使得這些熱量很難及時排出去，再加之混凝土并非良好的熱傳導(dǎo)體，所以，也決定了水化過程中所產(chǎn)生的熱量難以及時擴(kuò)散。據(jù)有關(guān)研究顯示，水化熱所產(chǎn)生的溫度通常約為25℃，甚至高于這一溫度[6]。在水工結(jié)構(gòu)澆筑前期的時候，彈性模量不高，不能有效約束水泥水化熱產(chǎn)生的溫差效應(yīng)，故此，所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不會引發(fā)裂縫問題，然而伴隨混凝土彈性模量的逐漸增大，也會越加明顯的約束混凝土內(nèi)部，這時候產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，進(jìn)而導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。

2.混凝土收縮

干燥收縮、碳化收縮及溫度收縮等是混凝土的主要收縮類型。在凝固的過程中，混凝土?xí)艿礁鞣N力的綜合作用，收縮變會引起變形，過大的變形就會致使混凝土開裂出現(xiàn)裂縫。

3.所用材料

混凝土的原材料都會給水工結(jié)構(gòu)物開裂產(chǎn)生重要因素，如水泥、外加劑和石頭。首先，水泥種類不同，對干縮值的影響也不同，比如相較于普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥有著更大的收縮值，約為25%。其次，水泥細(xì)度給干縮值產(chǎn)生的影響也較大，越粗的水泥，出現(xiàn)開裂的幾率越低。再次，水工混凝土結(jié)構(gòu)開裂情況會受碎石粒徑大小影響，越均勻、越小的粒徑，能夠更好降低結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫的幾率，反之，若粒徑不均勻、較大，就會加大出現(xiàn)裂縫的幾率。另外，在工作中為了滿足部分特殊功能，要將一些外加劑添加到混凝土內(nèi)，比如膨脹劑、早強(qiáng)劑等，上述外加劑都擁有部分特殊功能，但往往要付出較大的代價，才能使這些特殊的功能得以滿足，使日常養(yǎng)護(hù)中需要注意較多問題。如果養(yǎng)護(hù)不到位，就可能造成各類裂縫的出現(xiàn)。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計與荷載

若混凝土結(jié)構(gòu)的具體運行超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，會給混凝土構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生破壞，或是在設(shè)計之初，并未充分考慮荷載問題，對于鋼筋用量與配筋布置等問題考慮不全面，從而導(dǎo)致一系列問題的出現(xiàn)，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、超筋破壞等。

水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土裂縫防治措施

（一）轉(zhuǎn)變觀念，做好混凝土施工進(jìn)度與工序的合理安排

在影響最終混凝土質(zhì)量的因素中，施工工序及施工進(jìn)度是不容忽視的重要因素，因此，為了更好保證工程質(zhì)量，要轉(zhuǎn)變陳舊觀念，明確施工工序及進(jìn)度的重要性，并在具體施工中注意遵循如下原則：第一，不得越圖施工，設(shè)計好的施工步驟要嚴(yán)格遵守，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)物，適當(dāng)對施工工序予以調(diào)整，展開相應(yīng)創(chuàng)新，不對原有施工方案做安全照搬[7]。第二，把握好分次澆筑的時間，在澆筑間歇期的時候，要保證兩側(cè)混凝土水分不流失，做到其配合比保持最佳。第三，施工進(jìn)度與工序，要對天氣因素做充分考慮，天氣過熱或是過冷時，要采用相應(yīng)措施降低裂縫的出現(xiàn)幾率。

（二）做好施工中混凝土澆筑與振搗

第一，為避免出現(xiàn)混凝土離析的情況，吊頭口自由落地高度不得>2m，如果澆筑高度>3m，要采用串桶與溜管的措施。第二，應(yīng)分段分層進(jìn)行澆筑，分段主要采用兩種方式，豎直和斜向分段，然后結(jié)合澆筑人員及設(shè)備，對每層澆筑高度進(jìn)行確定。第三，振動若采用插入式振搗器，應(yīng)注意均勻的排列，使用快插慢拔的方式進(jìn)行，以保證順序不遺漏。同時，使用振搗器的時候，振搗器與模板的距離，要大于振搗器作用半徑的0.5倍，不能與模板靠得太緊[8]。第四，連續(xù)進(jìn)行混凝土澆筑，如果出現(xiàn)間歇，要嚴(yán)格控制時間，將時間壓縮到最短，如果時間大于2小時，則要按照施工縫展開處理。第五，以往澆筑中，常有人忽視對預(yù)埋件、預(yù)留洞和鋼筋情況的觀察，對此應(yīng)創(chuàng)新視角，做好上述情況的具體觀察，若有異常情況，則要在混凝土完成初凝前將之處理好，進(jìn)而防止完成初凝后不能進(jìn)行處理。

（三）合理選取材料

第一，合理選擇水泥。在選擇水泥時，中、低水化熱的硅酸鹽水泥要優(yōu)先考慮，如此有助于防止混凝土后期，凝結(jié)硬化時水化熱過高，導(dǎo)致出現(xiàn)溫度裂縫。第二，合理選擇骨料。所選擇的砂石骨料，要具有優(yōu)良的級配、良好的質(zhì)地。建議選擇以粗、中砂為主的細(xì)骨料，或是熱膨脹系數(shù)小、粒徑較大的粗骨料，如玄武巖、石灰?guī)r等。骨料不可含泥量過高（砂骨料不能>2%，石骨料不能>1%）、粒徑須均勻。第三，外加劑與摻合料的使用。要對摻合料及外加劑做合理使用。通過使用這些材料，能使水泥用量和水灰比得以明顯減少，同時有助于水化熱放熱速率的降低、延緩溫度峰值、水工混凝土工作特性的改善及混凝土絕熱溫升的降低，進(jìn)而使裂縫的出現(xiàn)幾率很大程度降低。

（四）冷卻水管的埋設(shè)

可通過在混凝土內(nèi)部進(jìn)行冷卻水管的埋設(shè)，并在水管內(nèi)通冷水，借助冷水的連續(xù)流動，使混凝土內(nèi)部溫度得以降低，從而實現(xiàn)內(nèi)外部溫差的縮小，降低出現(xiàn)混凝土裂縫的幾率。

（五）加大混凝土養(yǎng)護(hù)力度

通常多采用自然養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)，在條件允許的情況下會選用蒸汽養(yǎng)護(hù)，更多時候大體積混凝土是采用自然養(yǎng)護(hù)法。自然養(yǎng)護(hù)一般分為兩大類，即帶模養(yǎng)護(hù)與去除表面覆蓋物養(yǎng)護(hù)，在進(jìn)行帶模養(yǎng)護(hù)時，要采用澆水、帶模包裹等措施展開養(yǎng)護(hù)，以確?；炷敛怀霈F(xiàn)干燥。在澆筑結(jié)束后約48小時，可將模板稍微松開，此種方式有助于順利拆模，然后再做灑水養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期。

結(jié)語

總之，我國水利工程及其它相關(guān)水工結(jié)構(gòu)，長期以來受到大體積混凝土裂縫問題的困擾。同時，在多種因素作用下，產(chǎn)生的裂縫還可能進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致最終帶來巨大的損失。因此，對水工結(jié)構(gòu)大體積混凝土的裂縫成因展開深入研究，并積極探索有效防治裂縫的措施，對于我國穩(wěn)定發(fā)展而言，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義。文章通過對大體積混凝土裂縫成因的具體分析，在了解成因的基礎(chǔ)上，探討了一些可行的防裂措施，旨在為工程實踐起到一定參考作用。

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責(zé)編/魏曉文