基于水工混凝土防裂技術的研究

高大鵬

(阜新市水利局，遼寧 阜新 123000)

1 水工混凝土裂縫類型

工程實踐中，通常將混凝土裂縫按不同的成因劃分為溫差、沉陷、干縮和塑性裂縫四大類型，具體如下：

1)溫差裂縫。混凝土內層與表層存在極大的溫差是導致溫差裂縫的根本原因，這也是命名溫差裂縫的依據[1]。水工混凝土養護及澆筑過程中極易形成溫差裂縫，水泥作為混凝土的主要構成材料，水泥水化能夠迅速的釋放巨大的熱量，由于結構表層散熱速度較快能夠較快的冷卻下來，而結構內部聚集的熱量不易被散發，當內外溫差超過臨界點時就產生了裂縫。實踐表明，水利工程分縫和大壩施工最易形成溫差裂縫[2]。

2)沉陷裂縫。地基的不均勻沉降是形成沉陷裂縫的主要原因，而技術人員未科學合理的處理水利工程軟土地基為導致地基不均勻沉降的關鍵，軟土地基強度低、穩定性差等缺陷很容易形成地基沉降現象[3-4]。相對于其他的裂縫類型沉陷裂縫具有較大的深度，并且地基方向及其深度也會對裂縫的寬度造成一定影響，沉陷裂縫寬度可隨地基沉降深度的增加而增大。此外，外部因素也會對沉陷裂縫的形成產生影響。

3)干縮裂縫。混凝土養護工作結束以后通常形成干縮裂縫，干縮裂縫主要出現于養護結束后的15d以內。實踐表明，干縮裂縫形成的主要原因有外界自然因素影響、混凝土養護不合理等，混凝土內部的水分受以上因素的交織作用而出現過多的流失，并最終產生大范圍的干縮，當混凝土強度極限小于土縮形成的應力時就會形成裂縫。在外貌形態上這種裂縫以網狀為主，干縮裂縫的存在不僅縮短了結構的服役壽命，而且降低了混凝土的抗滲水性能和抗壓強度。

4)塑性裂縫。一般地，將混凝土內部出現較大水分流失而形成的裂縫稱為塑性收縮裂縫，土縮裂縫與塑性收縮裂縫的最大差異主要體現在兩種裂縫的形成時間不同，前者形成于混凝土凝固后，而后者主要形成于混凝土凝固前。受外界自然環境、太陽暴曬、較強風力等因素影響混凝土表層水分易被汽化揮發，由此使得結構內部與外部產生不平衡壓力，并最終形成兩邊較窄、中間較寬的塑性收縮裂縫，給水利工程后期的運行帶來安全隱患。

2 水工混凝土裂縫成因

2.1 混凝土因素

在混凝土施工和拌合過程中若存在離析、泌水等現象，極易產生混凝土裂縫甚至嚴重的質量問題[5]。所以，必須高度重視混凝土施工、運輸、攪拌、配合比設計等工作，從而保證水利工程施工質量和混凝土抗壓、抗拉強度等力學性能。

此外，混凝土裂縫的形成還與自然因素有關，在硬化過程中混凝土會發生物理、化學等一系列反應，水分的減少易形成貫穿于混凝土內部的裂縫，并在一定程度上降低結構的內部強度[6]。同時，混凝土質量還與鋼筋配置有關，若鋼筋出現破壞也會形成混凝土裂縫，甚至會造成構件破壞等問題。

2.2 溫度因素

由于其他材料與混凝土材料之間存在不同的膨脹系數，加之外界環境影響使得內、外部出現較大的溫差，當溫差超過5℃時極易形成裂縫，即混凝土的抗拉強度低于溫差所引起的混凝土變形應力就會形成裂縫。因此，溫度也是引起混凝土裂縫的主要因素。

2.3 材料因素

1)水泥質量。混凝土質量在很大程度上取決于水泥的質量，所以必須嚴格的控制水泥質量。水泥選購過程中，要全面掌握工程建設所需的水泥數量及其類型，采購時要保證水泥來源的可靠性及其質量控制；使用水泥時，必須規范各項操作流程，合理使用各標號的水泥，這是由于不同型號水泥的特性存在明顯的差異，若操作不規范很容易影響水泥的強度，使得結構的抗裂性降低。此外，內外部存在較大溫差的條件下，拉、壓應力的增大也會產生裂縫。

2)材料配合比。一般地，配合比設計不合理與混凝土裂縫的形成密切相關，必須科學設計、分析原材料的配比，嚴格按照相關規定確定添加劑、水、砂石料和水泥的用量，施工過程中未貫徹執行配合比將極大的影響到混凝土的整體性能。此外，混凝土質量還與水灰比、含砂率因素有關，對此必須全面考慮配比中的各項因素，合理的控制和選擇混凝土外加劑數量、類型，隨意的使用外加劑和配合比很容易形成裂縫。

3)養護不到位。完成澆筑后，為了保證混凝土質量必須實施有效的養護。混凝土養護不到位或不規范，在后期硬化時很容易導致抗拉性能差、體積收縮、水分丟失等問題，進而形成裂縫。

2.4 施工因素

長期以來，水利工程施工為各參建單位質量控制的重點，并制定了一系列的操作手冊、規章制度等混凝土質量保證措施，安排了專人在現場定期巡查。然而，在原材料選配和施工過程中技術人員還存在一些不足，這也是形成混凝土裂縫的另一因素。

3 水工混凝土防裂技術

3.1 施工準備

正式開工前施工單位必須充分做好各項準備工作，其保證混凝土質量的重點就是要做好立模工作，這是控制裂縫出現以及混凝土質量的重要工序。此外，還要深入分析造成混凝土裂縫的各種原因，以確保各項措施能夠及時到位的落實。考慮到裂縫的形成與混凝土的收縮能力直接相關的實際情況，為保證其收縮能力可以摻入適量的膨脹劑。同時，有關技術人員要深入學習鋼筋構造、混凝土構件等相關知識，保證配筋數量以及鋼筋混凝土質量。

3.2 溫差控制

混凝土內、外溫差過大與裂縫的形成密切相關，因此施工技術人員必須嚴格控制混凝土溫差，常見的技術措施有：①在原材料選擇時可選用低發熱量的水泥，以防水化過程中釋放大量的熱量而出現過大的溫差，這是工程中比較常用的溫控措施；②高溫季節施工時可采取骨料堆高或晚間進料，送料皮帶機、上料斗、外加劑料堆及骨料搭棚遮陽等措施，對蓄水池遮陽防曬、料堆頂部冷水噴淋、水泥和粉煤灰提前進料等也可以有效控制溫差，控制拌合上料時間不超過15min，采取加冰、冷水或加冰冷水拌合等可以有效降低混凝土出倉溫度；③對混凝土運輸車輛采取遮陽、隔熱、沖洗等措施，能夠減少運輸過程中的溫升，保持澆筑時溫度的穩定；④加強人員管理和機械設備的實時調度，加快入倉速度減少溫差；⑤采取通水降溫、預埋冷卻水管、深井水或河水，以及流水養護已澆筑混凝土表面也可有效減少溫差。

3.3 混凝土養護

合理養護現澆混凝土是有效防止裂縫形成的重要手段，應結合結構類型、熱脹冷縮特性等因素實行合理的養護。實際工程中，混凝土澆筑完成后要嚴格按照規范要求進行養護，以科學的管理意識、規范的操作流程、嚴格的監督檢查等保證整體施工質量，全面提升混凝土和工程質量[7]。

3.4 配合比設計

原材料的用量在一定程度上決定了混凝土質量，所以施工技術人員要高度重視配合比的合理設計。要綜合分析材料數量、價格、型號、性能、質量等因素，在實現質量目標的條件下要最大程度的減少工程成本。此外，嚴格控制原材料質量也是保證工程質量的有效措施，特別是材料原材料時應進行全面分析，從根本上為工程質量提供保障。根據施工溫度、結構承受的荷載等因素，施工單位應合理的選擇原材料和外加劑類型，通過調整外摻粉煤灰比例、適當增大骨料粒徑、優化級配和混凝土配比等，防止熱脹冷縮及混凝土裂縫等問題的出現。

3.5 施工與設計控制

為減少混凝土裂縫的形成，就要確保施工工序的合理化、規范化操作，這是保證大體積混凝土、梁板柱和水工混凝土板整體質量的關鍵。例如，對大體積混凝土澆筑時盡量安排在低溫季節，同時要嚴格控制高差符合設計要求；施工過程中必須對層間間歇期、澆筑層厚度進行控制，以防形成薄層長間歇，盡量實現短間歇的均勻上升；高溫季節盡量選擇夜間、早或晚間澆筑，為及時解決混凝土質量問題施工企業要安排技術人員，定期組織現場檢驗，加大日常監管力度，確保發現問題時能夠及時有效的解決。

科學設計配筋是保證工程質量的有效手段，應合理設計與控制混凝土結構。如選擇配筋時可按照雙向雙層通長的方法，在提高梁板整體穩定性的同時有效控制了裂縫的出現；此外，施工人員要有效控制鋼筋綁扎間距、鋼筋型號等，通過延長裂縫形成的時間提高工程結構的服役壽命。為了保證施工質量要貫徹落實精細化管理制度，保證混凝土振搗時間、距離符合施工要求。

3.6 裂縫處理

1)注入法。該方法是利用真空注入的方式將漿料注入填充裂縫，比較適用于深度大、寬度小的裂縫。一般地，水泥、環氧樹脂等為常見的注漿材料，這些材料主要利用自身固化作用發揮穩定混凝土裂縫的功能。

2)充填法。該方法比較適用于裂縫較大的混凝土結構，實質上就是通過加固處理防止裂縫的進一步擴張，從而保證結構整體穩定。填充技術具有施工效果好、成本低、難度低等優勢，可結合裂縫的具體情況實施合理的處理，并且利用性價比較高的優勢填充料能夠切實保障結構整體的安全穩定性。

3)表面覆蓋法。該方法主要是對裂縫利用特質薄膜進行修復的技術手段，在工程中的應用比較廣泛。首先，要及時清理、剔除裂縫周圍的雜質或碎石，然后對其表面用樹脂進行處理，并用塑料薄膜覆蓋以發揮加固整治的作用。

4 結 語

文章針對不同的裂縫類型，深入分析了引起裂縫的主要原因，其中誘發溫度裂縫的內因為水泥水化熱，而環境溫度改變、混凝土自身收縮、外部約束等因素也會導致裂縫的形成。為減少混凝土裂縫、提高混凝土質量和水利工程服役壽命，應從工程設計、施工工期、后期養護、原材料控制等方面實施有效的控制，各參建單位要高度重視混凝土裂縫的控制，通過對比不同的防裂技術明確最佳的防控對策，可為混凝土防裂技術的優化、改進及其深入發展提供一定參考。