水利施工中混凝土裂縫成因及防治對(duì)策

王小寧 牛艷敏

（河南金鷹建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467000）

1 水利施工中混凝土裂縫的類型

雖然混凝土本身具有較強(qiáng)的性能優(yōu)勢(shì)，但其同樣會(huì)受到一些因素影響而產(chǎn)生裂縫。就水利施工而言，其施工中常見的混凝土裂縫類型主要有龜縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉陷裂縫以及溫差裂縫。

1）龜縮裂縫是混凝土發(fā)生失水而使混凝土結(jié)構(gòu)過于干燥，壓縮應(yīng)力超過混凝土內(nèi)部抗壓能力從而產(chǎn)生收縮裂縫。這類裂縫一般為網(wǎng)狀分布形態(tài)，其直接影響就是降低混凝土結(jié)構(gòu)的防滲與抗壓能力，因此這種裂縫對(duì)水利工程有著較大危害。

2）塑性收縮裂縫同樣是因混凝土內(nèi)水分流失導(dǎo)致，但其與龜縮裂縫的區(qū)別在于其是在混凝土凝固之前發(fā)生的。這種裂縫的產(chǎn)生多受自然條件如較強(qiáng)風(fēng)力、太陽暴曬等影響而造成，在外觀形態(tài)上主要是兩邊窄中間寬，這種裂縫同樣影響水利工程質(zhì)量。

3）沉陷裂縫主要是因地基地不均勻沉降而造成的，其一般在水利工程中都是以貫穿性裂縫形態(tài)存在，且地基沉降方向與深度都將影響其裂縫寬度。這種裂縫對(duì)水利工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將會(huì)產(chǎn)生較大 影響。

4）溫差裂縫主要是由混凝土內(nèi)外部溫差存在而造成的。這是因?yàn)榛炷磷陨淼乃療徇^程會(huì)產(chǎn)生大量熱量，但混凝土體內(nèi)外的散熱速度是不同，其表面散熱速度較快，而內(nèi)部熱量散熱較慢，導(dǎo)致大量熱量在內(nèi)部積聚，從而使內(nèi)外部產(chǎn)生較大溫差。這種溫差所產(chǎn)生的巨大張力會(huì)超出混凝土本身的抗拉應(yīng)力，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。

2 水利施工中混凝土裂縫成因

水閘是一種以閘門擋水為主的低水頭水工建筑物，其主要功能為擋水、泄水，一般在平原地區(qū)應(yīng)用較為廣泛，多修筑于河流出入口，因此在軟土地基上施工極為普遍，這也是導(dǎo)致水閘開裂的一個(gè)主要原因。據(jù)大量實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，底板、墩墻是水閘裂縫多發(fā)地，形成水閘混凝土裂縫的因素較多，如設(shè)計(jì)不合理、基礎(chǔ)處理不當(dāng)、結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜等。此外，因混凝土溫度變化等因素，同樣會(huì)產(chǎn)生裂縫。基于此，為了更好地找出科學(xué)、合理、有效地防治對(duì)策，必須對(duì)其裂縫產(chǎn)生原因有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，才能保證采取的防治對(duì)策切實(shí)可行，才能為工程建設(shè)質(zhì)量提升提供可靠保障。

第一，于底板而言，基礎(chǔ)對(duì)其約束較大，或底板對(duì)墩墻有較大約束，這種情況下，均會(huì)大幅增加拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂；

第二，混凝土齡期過早，當(dāng)溫差較大或突遇寒流，極易在混凝土表面產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生溫度裂縫；

第三，待振搗完混凝土之后，伴隨水泥凝結(jié)、硬化，在空氣中混凝土的水分將一點(diǎn)點(diǎn)消散，從而出現(xiàn)混凝土干縮問題，并產(chǎn)生濕度變化梯度，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫；

第四，在混凝土內(nèi)部材料中，同樣會(huì)出現(xiàn)自生體積變形現(xiàn)象，因水化熱作用，水分過度消耗，水泥水分不足，將出現(xiàn)自干燥情況，從而出現(xiàn)混凝土裂縫；

第五，由于水閘結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)不合理等因素同樣會(huì)出現(xiàn)裂縫。

3 水利施工中混凝土裂縫的防治對(duì)策

3.1 合理選擇混凝土材料

首先，選擇低熱水泥。水泥品種、水泥用量、混合料類型等均會(huì)影響混凝土絕熱溫升，其中水泥品種影響是因水泥礦物成份的不同，將影響其發(fā)熱量。鋁酸三鈣是水泥礦物成分中發(fā)熱速率最快且發(fā)熱量最大的成分，水泥細(xì)度對(duì)最終發(fā)熱量的影響不大。因此，在水泥選擇時(shí)，需采用低熱水泥。

其次，選擇熱學(xué)性能好的骨料。在混凝土各組成材料中，石子所占比例較高，可達(dá)到63%～65%，因此將嚴(yán)重混凝土熱性能。其次為砂子，占比可達(dá)到22%～23%。因此，在混凝土組成比例中，粗骨料所占比例可達(dá)到89%以上，也就是說粗骨料的礦物性質(zhì)很大程度上將決定混凝土的熱能。基于此，在混凝土溫度控制中，選擇熱學(xué)性能好的骨料是減少混凝土開裂的主要方式之一。在經(jīng)濟(jì)性原則下，一般可就地選擇天然骨料作為施工用料，若本地天然骨料不足，則可選用人工 骨料。

再次，減少膠凝材料的用量。粉煤灰是混凝土內(nèi)的主要摻料，通過粉煤灰材料的摻加，可減少混凝土早期強(qiáng)度，極限拉伸值，最終降低混凝土發(fā)熱量。因此，于大體積混凝土抗裂來講，適當(dāng)摻加粉煤灰具有重要作用。

3.2 確定混凝土澆筑時(shí)間

在混凝土澆筑施工中，應(yīng)與高溫季節(jié)、嚴(yán)寒季節(jié)錯(cuò)開。其一，避開高溫季節(jié)施工?；炷了磻?yīng)可以看作是一個(gè)放熱反應(yīng)，混凝土屬于導(dǎo)熱不良體，混凝土內(nèi)部熱量消散難度較大，若施工時(shí)溫度較高，更會(huì)影響散熱速度。尤其是在早期階段，混凝土將大量把外部環(huán)境熱量吸收進(jìn)來，這種情況下，將增加混凝土內(nèi)部溫度，不利于溫度控制。為此，應(yīng)盡可能不在夏季施工。若必須施工，則可選擇溫度較低的時(shí)間段施工，如夜間。此外，還要做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作。其二，避開寒冷季節(jié)施工。不僅混凝土材料級(jí)配、配合比會(huì)對(duì)水泥水化速度產(chǎn)生影響，隨著溫度的變化，極易產(chǎn)生問題。若溫度較低，水泥水化作用將逐步降低，從而增加混凝土凝固時(shí)間。

3.3 改善約束

1）合理分縫分塊。分縫分塊是指混凝土通過縱、橫縫設(shè)置，將其整體劃分為若干塊柱狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有計(jì)劃地澆筑。這樣可減少混凝土澆筑面積，因水閘體積較大，各個(gè)部位所受荷載均不同，極易產(chǎn)生不均勻沉降問題，從而導(dǎo)致開裂。為此，將沉降縫設(shè)于不同基巖位置，可有效避免裂縫產(chǎn)生。

2）控制澆筑層厚度和層間間歇時(shí)間。施工階段，澆筑厚度及層間間歇直接影響散熱效果。隨著澆筑層厚度的增加，散熱效果將會(huì)越來越差。因此，應(yīng)合理控制澆筑層厚度。此外，相比混凝土早期最高溫度產(chǎn)生的時(shí)間，若間歇時(shí)間過大，將不利于新澆筑的上層混凝土防裂控制。基于此，一般可采用短間歇連續(xù)均勻上升的方法，且15天以內(nèi)控制層面間歇時(shí)間。

3）設(shè)置后澆帶。作為一種臨時(shí)變形縫，在施工階段后澆帶的設(shè)置，可使結(jié)構(gòu)充分變形，消除結(jié)構(gòu)內(nèi)的久變形縫，從而達(dá)到建筑物無需進(jìn)行變形縫設(shè)置的目的。

3.4 做好混凝土養(yǎng)護(hù)

在混凝土防裂處理中混凝土養(yǎng)護(hù)極為重要。一般在澆灌完混凝土后，只有在溫度等條件適宜的情況下，才能進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。與其他工程不同，水閘混凝土具有較大裸露面，當(dāng)溫度變化較大的情況下，在施工前期極易產(chǎn)生裂縫問題，隨著時(shí)間的增加及自然因素的影響，裂縫將持續(xù)加深，不斷發(fā)展，從而影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。為此，養(yǎng)護(hù)極為關(guān)鍵，一般可將一層草袋、土工布等覆蓋于閘底板位置，隨后加鋪一層防水塑料膜。由于水閘存在垂直面，如底板側(cè)面等，盡可能選擇竹膠模板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，此類材料導(dǎo)熱系數(shù)小，且具有良好保溫作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，混凝土是水利工程施工中的一種重要材料，是水利工程建設(shè)的基礎(chǔ)。雖然混凝土材料具有諸多性能優(yōu)勢(shì)，尤其在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與防滲性方面較為出色，但水利施工中還是常常出現(xiàn)混凝土裂縫問題，這對(duì)水利工程的建設(shè)質(zhì)量造成影響。在當(dāng)前我國水利工程建設(shè)需求量不斷增加，工程建設(shè)質(zhì)量要求日益提升的情況下，更需要我們對(duì)混凝土裂縫問題做好防治，從而切實(shí)提升我國水利工程建設(shè)的整體 水平。