水利工程施工中的混凝土裂縫控制淺議

武奇

(鄲城縣水利局,河南周口 477150)

水利工程施工中的混凝土裂縫控制淺議

武奇

(鄲城縣水利局,河南周口 477150)

在水利施工的過程中,裂縫是常見的問題。裂縫的出現不僅會影響到水工建筑物的正常使用,而且還會使得水工建筑物的抗滲能力大大降低,裂縫還能夠導致鋼筋的銹蝕,最終引起混凝土碳化,大大降低材料的使用壽命,使得水利建筑物的承載能力受到影響。因此,采取行之有效的措施來進行預防,最大限度的保障水利工程建筑物的構件的穩定性與安全性至關重要。本文通過尋找出現混凝土裂縫的原因,并尋求正確的解決措施,以加強混凝土裂縫的控制。

水利施工 混凝土 裂縫

混凝土是水利工程中，通常要用到的一種混合材料。由于混合材料有其自身的弊端，水利工程中的混合材料本身存在著均勻性較差、離散性較大的缺點，使得混凝土工程特別容易產生裂縫。混凝土產生裂縫后，不僅會造成鋼筋的銹蝕、碳化，大大減弱了材料的耐久性，降低建筑的承載力，還會使得工程建筑的抗滲性能大大降低，影響其使用功能。基于裂縫的上述影響，必須要對裂縫產生的原因進行認真的研究與分析，對于裂縫的產生和發展采取適當的預防措施，從而保障整個工程建筑結構的安全與穩定。在進行水利施工的過程時，加強混凝土的施工管理工作，更好的保障混凝土的質量，從而降低水工建筑物的安全隱患。

1　水利工程中混凝土裂縫的危害

混凝土裂縫會使得建筑物結構的整體性遭到破壞。混凝土是水利工程主要的構成部分，一旦混凝土結構部分產生裂縫，很容易造成由于局部受力不均勻導致的整體結構變形。裂縫嚴重時，會造成結構的開裂，局部的開裂會導致整體的坍塌，最終給水利設施的運行帶來不確定的風險。由于水利工程較為龐大，一旦出現裂縫，裂縫會迅速增大。一旦裂縫出現滲入情況，就會使得混凝土的堿度降低。堿度降低會使得混凝土支架的純化膜遭到破壞。當水遇到空氣時，鋼筋很容易受到銹蝕，混凝土框架遭到破壞后，混凝土的牢固性就會遭到破壞，使得建筑變得外強中干，必然使得水利工程的壽命大大降低。

2　水利施工中的混凝土裂縫產生原因

2.1塑性收縮產生裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結之前，表面因失水較快而產生的收縮。塑性裂縫多在新澆注的混凝土構件暴露于空氣中的上表面出現，裂縫通常是中間較寬，兩段細長。裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態，較短的裂縫一般長20～30cm，較長的裂縫可達2～3m，寬1～5mm。

塑性裂縫產生的主要原因為:當新鮮混凝土表面水的蒸發速度大于混凝土的泌水速度時，水的蒸發面由表面深入到新鮮混凝土漿體表面以內，使蒸發面形成凹液面，凹液面產生的毛細管壓力使固體顆粒之間產生引力。毛細管壓力隨時間的變化趨勢可分為三個階段:

在第一階段，顆粒之間距離較大，形成的毛細管壓力較小。進入第二階段，顆粒之間的水形成彎液面而且曲率半徑不斷減小，毛細管壓力也隨之顯著增大，并達到最大值，此時的毛細管壓力稱之為臨界壓力(或突破壓力)。進入第三階段，由于水泥水化的不斷進行，混凝土表面的水不能填充所有空隙而呈非連續狀態，毛細管壓力隨之迅速降低。通過試驗，P值可達0.021MPa左右。這些顆粒之間的毛細管壓力引起拉應力使固體顆粒凝聚而使混凝土表面收縮，當混凝土處于塑性狀態時，混凝土表面抗拉強度很低，在P值大于混凝土表面的抗拉強度時，則產生塑性收縮裂縫。

2.2混凝土干縮產生裂縫

干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果，養護結束后，混凝土受到外部環境的影響，使得表面水分損失過快，變形較大，內部水分損失較少，變形較小。較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，從而產生較大的拉應力，導致裂縫的產生。在養護工作結束后的兩個星期左右，通常就會有干縮裂縫出現。干縮型裂縫多為表面性的網狀或平行線狀淺細裂縫，寬度多在0.05-0.2mm之間，大體積混凝土中平面部位多見，在較薄的梁板中多沿其短向分布。

2.3溫度裂縫

溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱，(當水泥用量在350-550kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500-27500kJ的熱量，從而使混凝土內部溫度達70℃左右甚至更高)。由于混凝士的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝士表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。

2.4凍脹裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產生膨脹應力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結構中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導致裂縫出現。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，成齡后混凝土強度可達30%-50%。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多，吸水性強，骨料中含泥土等雜質過多，混凝土水灰比偏大、振搗不密實，養護不力使混凝土早期受凍等，均可能導致混凝土凍脹裂縫。

2.5鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，是鋼筋周圍混凝土堿性降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反映，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增加約2-4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，導致混凝土保護層開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，并將誘發其他形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導致結構破壞。

2.6沉陷不均勻引起的裂縫

沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致。或者由于模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致。特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫。其走向與沉陷情況有關。一般沿著與地面垂直或呈30—45°角方向發展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系，裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

3　水利施工中的混凝土裂縫控制

3.1根據氣溫條件制定施工預案

混凝土工程的施工過程中，首先要考慮到氣溫變化的影響。在施工過程中，首先要根據混凝土的澆筑溫度的變化、當地的氣候條件和氣溫變化制定施工方案。當遇到特殊情況，應對施工方案進行及時調整，為混凝土的質量提供保證。當在冬季進行施工時，混凝土入模溫度要保持在10攝氏度以上，即時夏季施工，溫度也一定不能超過20攝氏度。

3.2嚴格把控材料關

(1)嚴把原材料檢驗關。在拌制混凝土之前，必須按規定對水泥、粗細骨料、外加劑等進行檢驗復試，不合格的材料不得使用。(2)合理確定混凝土的配合比和塌落度。在混凝土配合比設計時，應全盤考慮，多用骨料，少用粉料，以減少裂縫產生。塌落度應適當控制，不宜過大，使用商品混凝土宜小于180mm，盡可能減少混凝土的流動性，應選用高等級低水化熱的礦渣水泥，減少水泥用量和水化熱。(3)嚴格控制混凝土摻合料摻量。混凝土摻合料的摻量比例應合理，以保證混凝土早期強度，提高混凝土的抗拉性能。控制混凝土水灰比，最大用水量應小于180kg/m3。(4)提高混凝土振搗質量。在配備混凝土運輸車輛時，應充分考慮交通路況的影響，確保混凝土澆搗的連續性，減少施工冷縫。當混凝土澆搗中停歇時間過長時，應采取接漿處理等應急措施。

3.3優化施工預案

制定詳細的可操作性混凝土施工方案。施工方案中應確定一次澆筑量、施工縫間距、施工工藝、位置及構造、澆筑時間、運輸及振搗等，還應推算混凝土的初凝時間。一次澆筑長度由垂直施工縫分割，最好設置在變截面處或承受拉、剪、彎應力較小的部位。確定澆筑時間的原則應盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子，選擇當天氣溫較低時澆筑。如果必須在夏季施工，則應采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。大體積泵送混凝土必須進行測溫工作，從已有測溫情況看，混凝土內部溫升的高峰值一般在3.5d內產生，3d內溫度可達到或接近最大溫升，內外溫差在20°C左右。同時，應合理確定拆模時間，防止過早拆模引起的混凝土損傷。

4　結語

總之，在水利工程的施工過程中，混凝土裂縫是十分常見的現象。所以不僅要保證施工人員的素質達到施工要求，原材料、混凝土配比合理，而且要根據不同的氣候條件制定不同的方案。當問題出現時，及時采取補救措施，防止問題的進一步加大，才能保障水利工程建筑物的正常運行。

[1]馬順利,劉艷.淺談水工混凝土常見裂縫與控制措施[J].山西建筑, 2010:78-81.

[2]李濤濤.淺談水利施工中混凝土裂縫的防治技術[J].中國水運, 2010(2):173-176.

武奇(1972—),男,本科,工程師,現就職于河南省鄲城縣水利局,主要從事水利工程建設與管理工作。