水利工程中混凝土裂縫的成因與防治

劉愛華

(山東省菏澤市東明縣水務(wù)局，山東 菏澤 274500)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了滿足生活生產(chǎn)用水的需求，大型水利工程不斷增多。于此同時，水利工程中混凝土裂縫的出現(xiàn)也引起了較多的關(guān)注?；炷两Y(jié)構(gòu)是水利工程中的常用結(jié)構(gòu)之一，但是由于水利工程和混凝土結(jié)構(gòu)自身的特點，導(dǎo)致混凝土裂縫頻繁發(fā)生[1]。水利工程混凝土裂縫的發(fā)生主要分為兩種原因，一種是由于水利工程中部分部位的拉應(yīng)力超過混凝土材料的負荷量，從而導(dǎo)致荷載裂縫的發(fā)生；另一種則是由于不同環(huán)境下水利工程中的混凝土收縮變形形成的非荷載裂縫，多由于溫度變化、鋼筋腐蝕引起?；炷亮芽p的發(fā)生會進一步影響水利工程的正常功能以及整體工程的安全性，縮短其使用壽命，也會造成周圍居民的恐慌[2]。因此需要進一步分析水利工程混凝土裂縫形成原因，采取有效的干預(yù)措施，確保水利工程的建設(shè)質(zhì)量，確保工程的安全性。

1 水利工程混凝土裂縫的影響

混凝土結(jié)構(gòu)是水利工程中的常見結(jié)構(gòu)之一，但是由于水利工程的特征以及混凝土自身抗拉強度低的特點，導(dǎo)致混凝土裂縫成為水利工程中普遍存在的而一種現(xiàn)象。混凝土裂縫發(fā)生的主要原因與以下因素有關(guān)：①材料因素：水灰比不合理、骨料不合格、添加劑的使用量過多等；②施工因素：混凝土制備不規(guī)范、混凝土澆筑不合理、混凝土養(yǎng)護不完善等；③環(huán)境因素：濕度低會影響混凝土的凝固速度，同時溫度過低會導(dǎo)致混凝土收縮，從而產(chǎn)生裂縫[3]?；炷亮芽p的產(chǎn)生雖然暫時不會影響整體水利工程的安全性，但是會造成外觀的損壞，還會加速鋼筋腐蝕，破壞水利工程整體結(jié)構(gòu)的強度，并且從水利工程長期使用的要求來看，還會影響其使用壽命。因此隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了確保水利工程的建設(shè)質(zhì)量，需要進一步分析混凝土裂縫產(chǎn)生原因，并采取有效的防控措施，為后續(xù)工程施工提供有效指導(dǎo)[4]。

2 水利工程混凝土裂縫產(chǎn)生的相關(guān)因素

2.1 材料因素

水泥作為混凝土施工的主要材料，品種多且性能各異。其主要是使用水泥熟料以及各種添加材料混合制成的，不同類型水泥的收縮程度與成分含量有密切的相關(guān)性，例如C3A含量高的混凝土收縮率更高；水泥熟料中的MgO可以補償混凝土冷卻硬化過程中的體積收縮，降低混凝土裂縫的發(fā)生率[5]?；旌喜牧弦矔炷亮芽p的產(chǎn)生造成影響，例如由于粉煤灰比表面積小，混凝土的收縮率會隨著粉煤灰含量的變化而變化，因此在實際施工過程中，需要嚴格控制混合材料的比重，從而預(yù)防混凝土裂縫的出現(xiàn)。混凝土中的骨料也會對其性能產(chǎn)生影響，混凝土骨料的增加，彈性會減小，但是當骨料中黏土比重的升高，其彈性會增加?；炷恋呐浔葧ζ涫湛s率造成影響，例如水泥用量、加水量、砂率、水灰比等參數(shù)，在相同加水量的前提下，混凝土收縮率會隨著水泥添加量降低而降低，但是幅度相對較小；在相同水灰比的前提下，混凝土收縮率會隨著砂率的升高而降低。此外，混凝土的各種添加劑也會影響其收縮率，例如減水劑可以提高混凝土施工效率[6]。

2.2 施工因素

混凝土的制作與澆筑不當，也會影響混凝土的使用性能。例如部分混凝土為了方便泵送，水灰比不當，導(dǎo)致其性能降低；制備中的拌合操作不合理，會導(dǎo)致添加劑的浪費，無法達到預(yù)期效果；混凝土攪拌不充分，骨料分布不均勻，會導(dǎo)致收縮裂縫的發(fā)生；骨料拌合溫度、澆注溫度過高也有可能引起裂縫發(fā)生；混凝土運輸時間長，也可能影響其性能，出現(xiàn)離析、泌水、沉陷等問題；澆筑操作不當；振動過大也容易造成混凝土離析、泌水，尤其是水灰比較大的混泥土；混凝土保護層過薄也會導(dǎo)致其容易產(chǎn)生裂縫[7]。

混凝土模版施工中由于支撐板偏斜幅度過大，導(dǎo)致支撐件變形；施工過程中人為因素導(dǎo)致支撐板位移；模具過早去除，且混凝土在凝固前振動；模版縫隙較大，導(dǎo)致漿液滲漏或滲水，都會導(dǎo)致混凝土裂縫的出現(xiàn)?；炷翝仓?，過度壓光會導(dǎo)致細骨料浮在表層，導(dǎo)致表層碳化收縮，最終導(dǎo)致表層裂縫出現(xiàn)。養(yǎng)護不當也會影響混凝土的使用性能，例如過載使用會導(dǎo)致混凝土的荷載能力下降；不及時養(yǎng)護會導(dǎo)致混凝土表層水分蒸發(fā)，早期混凝土的強度較低，此時由于缺水導(dǎo)致體積收縮，尤其是夏冬兩季，由于溫差較大，此時節(jié)進行施工容易引起混凝土裂縫。混凝土后續(xù)養(yǎng)護力度不足，會導(dǎo)致混泥土碳化收縮裂縫?；炷翝仓^程中，下一道工序過早施工也會引起施工振動，導(dǎo)致裂縫。此外部分單位由于埋藏光纖過多，混凝土黏結(jié)性下降，容易由于應(yīng)力分布不均勻而引起不規(guī)則裂縫。

2.3 環(huán)境因素

空氣溫度濕度過高都會影響混凝土的凝固和外形，導(dǎo)致收縮、變形。長期風(fēng)吹日曬會導(dǎo)致混凝土表層收縮，同時水的溫度過低會導(dǎo)致內(nèi)外溫差較大，導(dǎo)致溫度裂縫的發(fā)生；寒潮、暴雨動容易導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度過大，從而引起裂縫的發(fā)生[8]。

3 水利工程混凝土裂縫防治措施

3.1 明確混凝土施工要點

在混凝土施工目標在于加強養(yǎng)護工作，預(yù)防裂縫的發(fā)生，尤其是在夏冬兩季，此時要確?；炷吝_到相應(yīng)的強度，避免由于溫差過大而產(chǎn)生裂縫。在施工前期需要做好現(xiàn)場調(diào)查，例如作業(yè)難度、人力資源配置、施工時的天氣變化等方面，確保工程能夠順利完成?；炷潦┕ば枰紤]水利工程的整體成本，充分考慮經(jīng)濟效益和可操作性，根據(jù)施工現(xiàn)場的水文條件、工程規(guī)模與結(jié)構(gòu)等方面的情況，做好機械、人力資源配置，根據(jù)當?shù)貧夂蛱卣髦贫ㄏ鄳?yīng)的應(yīng)急處理元，并且還要優(yōu)化施工現(xiàn)場的環(huán)境。例如在冬季施工時，由于天氣寒冷會影響混凝土的凝固速度，因此可以使用快干水泥進行澆筑，或者是使用速凝劑，若鋼筋結(jié)構(gòu)澆筑時則不能使用氯化速凝劑。在大體積混凝土澆筑過程中，由于水化熱反應(yīng)的影響，會導(dǎo)致中央溫度升高而外周溫度相對較低，此時容易發(fā)生溫度裂縫，因此可以使用混合水泥。在寒冷地區(qū)作業(yè)時，可以使用無氯化物的防凍劑來預(yù)防混凝土凍結(jié)，但是其與硫氰基化合物混合會產(chǎn)生有毒氣體，因此需要考慮其他添加劑的使用情況，合理添加，確保施工人員的人身安全。使用水灰比較低的復(fù)合物，或者是水化熱速率快的水泥，有助于控制混凝土內(nèi)部溫度。加熱拌合過程中使用熱水的拌合效果更好，但是要注意控制水溫，避免水泥閃凝的發(fā)生，要避免兩者的直接接觸，合理安排添加物的添加順序。骨料加熱不能直接采用蒸汽加熱，避免含水量增多，可以采取管道加熱的方式，且加熱溫度不能超過52℃。氣溫過高或氣溫過低的時節(jié)進行混凝土施工，對于其配合比的要求更為嚴格，要求其抗壓強度達到3.5-5.0N/mm2，盡可能降低單位含水率，避免滲水、凍結(jié)的情況發(fā)生。

混凝土配置過程中最好需要提前計算其產(chǎn)生的熱量，并且還要考慮到其運輸過程中的熱量丟失，確保混凝土有著足夠的熱量，避免過早凝結(jié)的情況發(fā)生，不然會影響其強度。但是熱量過高也會影響其使用性能，造成熱收縮裂縫的發(fā)生。在加熱材料時，需要先添加足量的水，然后按照添加順序依次添加，骨料采取管道加熱的方式，并且要確保受熱均勻，避免影響骨料的含水量；水泥加熱會發(fā)生閃凝現(xiàn)象，因此需要使用攪拌機攪拌，待溫度降到40℃時再添加水泥?；炷翝仓r需要將模板上的雜物、積水都清除之后，避免這些部位溫度下降過快，并且還要注意存在積水時不能進行混凝土的平整作業(yè)。澆筑之后的混泥土也不能長時間暴露在空氣中，最好使用保護膜覆蓋，避免水分快速蒸發(fā)。若使用泵送的方式施工，在冬季時可能由于溫度低導(dǎo)致部分水泥漿凍結(jié)，因此可以采取保溫管道或者是溫水預(yù)熱管道，預(yù)防水泥漿凍結(jié)的情況發(fā)生。

3.2 加強混凝土養(yǎng)護管理

根據(jù)建筑學(xué)會的相關(guān)要求，混凝土要想延長其使用時間，就需要做好養(yǎng)護工作。養(yǎng)護方法需要根據(jù)混凝土的配合比、環(huán)境溫度、混凝土結(jié)構(gòu)的斷面尺寸等因素來確定，日本土木學(xué)會指出混凝土最低養(yǎng)護溫度為5℃，但是在寒冷地區(qū)，希望能夠保持在10℃左右，若厚度較高的斷面，養(yǎng)護溫度最好達到20℃；為了避免養(yǎng)護之后溫度快速降低產(chǎn)生的裂隙，在養(yǎng)護結(jié)束2d后，混凝土溫度也要達到0℃以上。因此需要做好混凝土攪拌參數(shù)的記錄，包括攪拌溫度、澆注溫度、硬化后溫度，同時要根據(jù)環(huán)境氣溫變化進行調(diào)整；當混凝土溫度未達到規(guī)定標準時，需要及時進行補救，避免溫度裂縫的發(fā)生；在養(yǎng)護過程中需要根據(jù)溫度變化確定養(yǎng)護終止時間，并預(yù)測投入使用后的維護情況。在寒冷地區(qū)，由于氣溫較低，可以適當延長養(yǎng)護時間。

水泥的水化依賴于水及溫度，在低溫情況下水化熱反應(yīng)速度慢，但溫度<4℃時水的體積膨大，當?shù)陀?℃時，混凝土體積膨脹且水泥顆粒結(jié)構(gòu)破壞，且由于溫度降低，復(fù)合物減少，導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性下降；溫度升高后雖然復(fù)合物還能增長，但是整體的強度會下降，且低溫時間越長，造成的損失越嚴重。因此在氣溫<5℃時，需要采取有效的防護措施，避免混凝土的凍結(jié)?；炷翜囟?0.3℃時，水化反應(yīng)基本消失，當溫度<10℃時，水化反應(yīng)完全停止。因此需要做好保溫措施，加速混泥土的凝固，確保其在寒潮到來之前達到臨界強度，或者是在寒冷天氣時減少其結(jié)構(gòu)破壞。

目前主要是采取隔熱養(yǎng)護或者是蓄熱養(yǎng)護措施。隔熱養(yǎng)護主要是使用隔熱材料來確保混凝土的溫度，促進其水化反應(yīng)的生成，直到達到臨界強度，這種保溫方式適用于最低溫度在-3℃以上的地區(qū)，若溫度更低，則需要使用高性能的隔熱材料。隔熱材料可以降低水泥的水化熱損失，但是大面積混凝土澆筑由于表面較大，溫度下降速度快，容易產(chǎn)生裂縫。因此在溫度養(yǎng)護過程中，需要注意溫度的養(yǎng)護，若最低溫度<-15℃，需要使用防凍劑。蓄熱養(yǎng)護主要是利用水化熱將熱能儲存起來，從而維持穩(wěn)定的環(huán)境，促使水化反應(yīng)的持續(xù)進行。其在實際施工中主要是將骨料和水加熱處理，從而彌補硬化過程中的熱量丟失，加熱水是一種比較簡單的方法，因此首選該方法，但要注意水加熱溫度不能超過90℃；若水加熱無法滿足實際需求時，需要考慮砂石材料的加熱，一般砂石材料加熱溫度不會超過75℃。水加熱可以在水箱內(nèi)使用電極加熱的方法，操作簡單、經(jīng)濟實惠；而砂石加熱則使用管道加熱、大鍋加熱等方法。采用蓄熱養(yǎng)護方法中，混凝土構(gòu)件散熱情況需要根據(jù)混泥土的溫度以及澆筑速度來確定。對于混凝土抗?jié)B、抗凍要求較高的水利工程，尤其是后期浸水使用之后，為了盡可能提高混凝土的抗?jié)B強度，需要提高其初始強度，減少由于熱脹冷縮引起的形變，因此最好使用高活性的快硬水泥；或者使用低水灰比的混凝土，此外還可以使用配筋混凝土，來有效抑制混凝土的膨脹變形問題。

3.3 加強混凝土施工質(zhì)量管理

混凝土施工質(zhì)量管理對于確保水利工程建設(shè)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義，因此需要確定施工工序明確分工，并將責(zé)任落實到個人身上，充分發(fā)揮主觀能動性，加強溝通，確保混凝土施工的平穩(wěn)開展，最終確保工程施工質(zhì)量。在混凝土施工之前，需要做好前期準備措施，確定施工方案、進度，并且要做好技術(shù)交底，在確保施工質(zhì)量的前提下，縮短工期，降低成本，同時要確定混凝土的施工工藝?；炷潦┕み^程中，施工隊伍的技術(shù)水平、施工設(shè)備的性能、原材料以及構(gòu)建質(zhì)量會影響其施工質(zhì)量，因此需要加強施工現(xiàn)場的技術(shù)管理，確保各環(huán)節(jié)處于可控狀態(tài)。結(jié)合工程特點，需要建立完善的質(zhì)量控制體系，對施工現(xiàn)場的各環(huán)節(jié)進行控制，確定每個工序容易出現(xiàn)問題的地方，并采取有效的改進措施，將責(zé)任落實到個人身上，加強質(zhì)量控制。

例如對材料、施工工藝、施工設(shè)備以及施工人員等進行分析，尋找各種影響因素，加強監(jiān)督與管理，避免混凝土質(zhì)量問題的發(fā)生。加強工程質(zhì)量管理，從傳統(tǒng)的事后管理變?yōu)槭虑肮芾?，加強各環(huán)節(jié)的質(zhì)量檢驗，確?；炷潦┕さ挠行蜷_展；若發(fā)現(xiàn)某一地方出現(xiàn)問題，需要及時返工，消除問題之后繼續(xù)施工。根據(jù)水利工程的特點、復(fù)雜性與質(zhì)量標準，對于重要部位的質(zhì)量因素進行控制，例如材料、器械、工序、現(xiàn)場環(huán)境等，加強管理與控制，有效剔除各種影響因素。管理者需要做好混凝土材料以及施工設(shè)備的驗收工作，驗收合格之后才可收入倉庫，同時還要做好材料與設(shè)備的儲存管理工作，避免材料由于保存不當而變質(zhì)。

在混凝土施工過程中，需要加強現(xiàn)場管理，各級負責(zé)人需要做好檢驗工作，對于違規(guī)操作以及不符合技術(shù)標準的施工行為，需要及時糾正；做好工程交接檢查，確保工程施工質(zhì)量，在每一道工序完成之后，做好檢驗工作，在確保檢驗質(zhì)量合格之后才可進行下一道工序的施工，若上一道工序檢驗不合格，需要及時返工。對澆筑完成的混凝土需要做好巡查工作，對于保護、覆蓋等措施進行檢查，避免對成品的破壞。在整體施工結(jié)束之后，還需要做好竣工驗收工作，一般是由項目管理組進行驗收，對施工計劃書、施工圖紙、審核記錄、技術(shù)核定單、施工規(guī)范與標準等內(nèi)容進行檢驗，并在監(jiān)理工程師驗收之后，對發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題進行及時的返修，在確保質(zhì)量合格之后才可正式驗收。

4 結(jié) 語

混凝土裂縫的初夏不僅會影響其抗?jié)B能力，還會影響其使用功能，導(dǎo)致鋼筋銹蝕、混凝土碳化，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性降低，影響水利工程的使用壽命。因此需要進一步研究混凝土裂縫出現(xiàn)的相關(guān)因素，并針對其裂縫發(fā)生原因，采取有效的管理措施，降低混凝土裂縫的發(fā)生率，保護水利工程的使用性能，從而確保水利工程能夠平穩(wěn)運行。