水閘混凝土裂縫與防控措施探討

◎ 蔡承明 中交水利水電建設有限公司

1.引言

水閘是一種低水頭水工建筑物，主要的功能是擋水和泄水。在我國，水閘通常是建設在河道、渠系和水庫岸邊。根據史書記載，我國建造水閘的歷史可以追溯到公元前6世紀。水閘主要是建設在平原地區，大多為河流的出入口位置，但是這些地區通常是軟土地基，在這些地區進行建造很容易造成水閘開裂。通過數據統計發現，大部分的水閘都存在不同程度的裂縫。橫沙東灘圈圍（八期）水閘工程位于長江口地區，根據工程勘察成果，35m深度范圍內的地基土為粉砂和淤泥質黏土，當地屬于亞熱帶海洋季風氣候，降雨充沛，水閘主要采用現澆鋼筋混凝土結構，因此，加強對裂縫防控的研究十分必要。

2.水閘裂縫的形成與主要原因

目前，我國的水利工程建設水平已經處于世界領先地位，同時隨著我國科學技術的不斷發展，相關技術不斷完善，施工人員的技術水平不斷提升，某種程度上可以降低水閘開裂的概率。但是由于混凝土本身的溫度變化導致的裂縫是難以避免的，其機理十分復雜，并且開裂的概率和混凝土的材料也存在關系。混凝土中的膠凝材料在澆筑時會發生水化，導致其會釋放大量的熱，使得混凝土的溫度出現不均的狀況，這種短時間的溫度不均和溫度變化則會引起裂縫。

水閘發生裂縫的位置主要是底板和墩墻，導致水閘建筑物出現裂縫的主要原因有以下幾點：第一，水閘本身的結構存在問題；第二，基礎處理不善導致后期出現裂縫；第三，水閘自身溫度變化過大導致出現裂縫；第四，施工質量監管不嚴密；第五，運行期間，水閘超載運行。

3.水閘裂縫產生機理

導致水閘混凝土出現裂縫的機理主要有以下幾點：第一，由于基礎對底板或者是底板對墩墻產生很大的約束，這個時候出現較大的拉應力，使得混凝土出現開裂的情況。第二，如果在混凝土齡期較短時發生寒潮或者是晝夜溫差大的情況，那么混凝土的表面則會形成溫度梯度，從而出現溫度裂縫。第三，混凝土振搗完畢之后，水泥會慢慢的凝結、降溫，導致混凝土干縮，從而出現混凝土表面開裂的情況。第四，混凝土中所含有的各種化學元素會導致其體積出現變化，水泥水化反應需要消耗大量的水，導致混凝土體的相對濕度降低，體積減少，表面出現開裂的情況。

4.水閘裂縫的危害

4.1 出現滲漏

在水壓力作用下，混凝土表面的裂縫很容易出現滲漏，滲漏使得裂縫不斷加深和加寬。同時，這些水會使水泥中的氫氧化鈣出現溶解，而溶解的氫氧化鈣會使水泥水化物出現水解的情況，這些水泥中物質的變化則會導致混凝土結構出現問題，數據調查發現，導致裂縫的原因其中約一半都是由于滲漏產生的。

4.2 降低混凝土的抗腐蝕能力

混凝土腐蝕的情況主要包括三種，以下將一一介紹：

第一，溶蝕型腐蝕。溶蝕型腐蝕主要是由于在水泥的水化過程中產生氫氧化鈣等物質，在有裂縫的情況下，水會滲入其中，然后這些物質就會被水帶走，從而導致混凝土結構遭到破壞。

第二，鹽酸腐蝕和鎂鹽腐蝕。這兩種腐蝕方式所生成的產物是沒有凝膠性的，并且這些產物非常容易被分解。通常，水通過裂縫對這些產物的影響很大，導致最終裂縫情況越來越嚴重。

第三，結晶膨脹型腐蝕。混凝土由于受到硫酸鹽的影響，在裂縫中會形成一種溶解度較低的新物質，這種物質逐漸積累，將在裂縫中產生很大的應力，使得混凝土結構受到影響。裂縫的存在無形中會使得混凝土結構受到損傷，加之空氣的影響，混凝土的抗腐蝕能力會急劇降低。

4.3 導致鋼筋受到腐蝕

鋼筋混凝土中水泥的水化會產生大量的氫氧化鈣，水和氫氧化鈣混合在混凝土的裂縫里形成一種堿性溶液，這種堿性溶液本身是保護鋼筋的，在其表面會形成一種鈍化膜。但是在空氣的影響下，這種溶液的作用會出現變化，當pH值低于10的時候，鋼筋的銹蝕速度比較慢；當pH值低于5的時候，鋼筋會產生嚴重的腐蝕，銹蝕層所產生的膨脹內力若持續增大，混凝土表面則隨之出現裂紋，這反過來又進一步加重了鋼筋銹蝕的程度。

4.4 影響混凝土結構的穩定性

裂縫的存在將會對混凝土結構穩定性產生直接的影響，輕則只會影響到建筑物的外觀以及耐久性，但是長期以往，如果裂縫不斷出現，嚴重時可能會出現貫穿性的裂縫，使得建筑物完全被破壞。

5.水閘裂縫防控措施

5.1 混凝土材料的選擇

有效的防裂措施能夠較好的防止混凝土裂縫的發生以及擴展。因此，在防止混凝土裂縫方面，我們主要從混凝土材料的選擇以及減少膠凝材料的用量方面實現。例如，在混凝土材料的選擇上我們采用低熱水泥以及選用熱學性能好的骨料，水泥中的礦物質不同將導致發熱量不同，同時混凝土的熱學性能主要取決于礦物性能。為減少膠凝材料的用量，我們可以向混凝土中添加混合料，混合料的添加不僅能夠改善混凝土的發熱量，同時也能夠對混凝土的升溫產生很大影響。

5.2 混凝土澆筑時間

在對水閘進行澆筑的時候，盡量避免高溫季節和嚴寒季節進行施工。水化反應是一個放熱反應，加之混凝土的導熱性不好，如果是在高溫季節進行澆筑，其內部的熱量不僅很難散發出來，混凝土表面由于受到環境的影響溫度也會很高，所以澆筑的時候盡量要避免在夏季的中午進行，可以根據氣溫的具體情況，選擇溫度較低的夜晚進行施工，減少裂縫的出現。嚴寒季節進行澆筑，則水泥的水化作用會發生的十分緩慢，凝固時間相應的增長。如果溫度降低到0℃以下，水化反應可能不能完全進行，從而會損害混凝土的性能。

5.3 混凝土溫控

在混凝土的溫度控制方面常見的幾種措施主要是降低混凝土入倉時的溫度以及控制溫升的幅度。降低混凝土入倉時的溫度可以采用水冷的方法或者風冷法對混凝土的骨料進行預冷，降低骨料的溫度。在控制溫升幅度方面我們采取在混凝土中埋設冷卻水管的方法，冷卻水管要結合冷卻的時間、水管的材料、水的流向以及管長等多因素結合進行考慮。

5.4 改善約束

改善約束是減少水閘出現裂縫的最有效的手段，主要可以從以下幾個方面來進行加強。第一方面為合理分縫分塊，在設計階段就有計劃的將一些大塊的混凝土利用縱縫和橫縫來進行分割，防止后期出現裂縫。第二方面為控制澆筑的厚度和層間的間歇時間，保證混凝土有足夠的時間散熱。第三方面是采用吊空模板技術，通過閘墩混凝土分期澆筑來更好的降低底板對于閘墩的約束。

5.5 后期養護

混凝土后期養護的效果也會影響到裂縫的出現。在混凝土澆筑工作完成后，需要保證其在一定時間內處于適宜的溫度和濕度環境中，這樣才能保證混凝土更好的硬化，而能夠滿足其處于適宜的溫度和濕度的最好措施，就是混凝土的養護。混凝土養護所需要考慮的因素主要有：溫度、濕度以及時間。水化反應受到溫度的影響比較大，在夏季，由于溫度比較高，水分蒸發強烈，水化作用會受到影響，同時加之毛細管力的作用，混凝土很容易出現開裂，所以這個時候就要加強對濕度的控制。當溫度比較低的時候，可以選擇一些保溫材料對其進行覆蓋。

6.結束語

我國對于混凝土的裂縫問題研究從未止步，但是由于影響混凝土出現裂縫的因素十分復雜，所以到目前為止，還不能完全避免混凝土出現裂縫。隨著科學技術的不斷發展，裂縫防控措施的不斷完善，相信混凝土出現裂縫的概率會越來越低，裂縫對建筑物造成的危害會越來越輕，建筑物的可靠性會越來越高。