水利工程中混凝土裂縫控制技術分析

劉士明

(開原市水利事務服務中心，遼寧 開原 112300)

0 引言

混凝土具有抗壓強度高、耐久性好等特點，在現代工程建設中大量使用，也是土木工程建設的最主要的材料之一。特別是一些基礎民生設施，為保證其堅固性，需要大量使用混凝土。水利工程建設是中國重要的基礎民生建設，是國民經濟重要的支柱，保證水利設施的質量是工程建筑行業需要認真進行研究的。混凝土以優質的抗壓能力、強度等級在水利工程中大量使用，但混凝土施工是一項專業的技術，如果沒有按照技術標準進行施工會造成混凝土的質量問題，如混凝土出現裂縫，進而塌陷、強度變低，最終產生不可估量的后果。

1 混凝土裂縫類型及產生的原因分析

混凝土施工未按照技術標準、工藝標準進行施工，就會產生質量問題，產生裂縫，具體產生裂縫的類型和原因分析如下。

1.1 裂縫類型及產生原因

收縮裂縫。收縮裂縫是常見的一種混凝土開裂的形式，形成收縮裂縫的作用機理在于混凝土澆筑過程中至澆筑完畢成形階段，在這一階段，由于外界的干擾，如大風、高溫情況，造成混凝土水分蒸發過快，形成失水現象，以及雨水或其他在攪拌成形后繼續加水為充分攪拌的情況下，混凝土中的水析出，造成已攪拌的混凝土攪拌不充分形成的失水。在這種狀態下，隨著混凝土后續階段的硬化過程，會出現混凝土收縮，產生中間寬大、兩端較細的裂紋。如圖1所示。

圖1 橫向收縮裂縫圖

沉陷裂縫。通常來說，優質的混凝土不會受到外界因素的影響而發生裂縫或形變，但如果在混凝土澆筑的過程中出現一些外力，例如地基不穩定不均勻，回填土不密實不均勻，模板支撐變形等現象，會讓混凝土在自身膨脹力和重力影響下產生形變，或者在外界存在誘因的時候，產生形變。例如，在冬季的施工中，在凍土過程中，混凝土同樣會發生凍土現象，而發生解凍時，混凝土內部結構遭到了破壞，一旦出現上述所說的外力作用，就會產生沉陷裂紋。而這種裂紋一旦產生，可能出現裂紋很深的現象，從內部開始出現裂縫，嚴重情況下，甚至會產生混凝土延裂縫出現錯位現象，是混凝土結構設施報廢。

溫度裂縫。混凝土結構受混度的影響產生裂縫就稱為溫度裂縫。產生溫度裂縫的作用機理主要是兩個方面。第一，混凝土本身存在結構缺陷，如因攪拌不均勻導致局部骨料過多或過少、未夯實造成內部空洞等情況，這時候在一些極端溫度的天氣下，其內部局部不均勻的結構會產生不均勻的溫度變化，進而出現應力，導致裂縫。第二，混凝土的澆筑處于極端的溫度環境中，其后養護完成投入使用過程中，環境溫度發生相反的較大變化，其內部的受溫度變化的膨脹應力有可能導致出現裂紋，這種裂紋與沉陷裂縫不同，內部結構正常，僅受到環境溫度的影響，這在一些高寒地區的混凝土施工中容易發生。如某水利工程中的大壩施工進入混凝土澆筑階段，期工程當地最高溫度是28.50℃，最低溫度為15.20℃，其晝夜溫差最大值為12.30℃，最小溫差為6.50℃，相關的技術人員結合溫度特點進行了模擬實驗，發現混凝土自身的計算最高溫度屬于溫控技術范圍，但其與基巖的接觸部門是其最大應力部位，因此隨著施工后出現的頻繁溫差變化，使其應力值到達臨界點，進而發生裂縫的風險較大。詳見圖2。

圖2 板間溫差裂縫圖

干縮裂縫。干縮裂縫一般發生在混凝土養護階段。在混凝土澆筑過程中，混凝土只是完成了各種材料的混合，其化學變化完成尚早，要在其后較長的養護過程中，不斷的吸水，使得凝膠(水泥)、水和骨料產生化合作用，形成堅硬的材料。因此，養護過程實際是參與混凝土結構程序的重要步驟，而非輔助措施。但在養護過程中，如果因為施水不當造成局部或整體施水不足，施水不均，或者施水工具不當繁復沖刷局部位置，有可能造成混凝土內部的化合過程不充分、不完全。在其后投入使用前發生裂縫，這就是干縮裂縫。這種裂縫的危害極大，會使混凝土發生脆性變化或產生形狀變化，造成整體的報廢。

常見混凝土裂縫見圖1。

1.2 因素統計分析

為了找到造成混凝土裂縫產生的主要原因，對上述各類型裂縫中各個因素進行統計分析。通過表1可知：

表1 混凝土裂縫原因類型分析表

產生裂縫的根源。除干縮裂縫外，其他類型裂縫都涉及溫度的變化因素，因此，溫度是最大的影響因素。

裂紋誘因產生的階段。各類型裂紋產生問題的階段，除了干縮裂紋純粹是在養護期的不當操作造成裂紋外，其他類型裂紋的作用機理都是在澆筑期因為各種原因而埋下了后期發生裂紋的隱患。

2 水利施工中的混凝土裂縫控制技術

針對混凝土裂縫產生的機理和發生的階段分析，對其主要因素和關鍵階段采取措施。

2.1 控制溫度對混凝土施工的影響

通過上文中發生裂縫的原因可知，由于溫度的變化直接或間接造成混凝土出現裂紋的類型非常多。為此，要在混凝土施工過程中控制好溫度要做到如下方法。第一，由于混凝土在成型過程中本身的化學和物力反應產生發熱，從而出現溫差影響質量的問題，一般要通過選擇發熱量低的水泥，來降低發熱量，從而實現控制混凝土化合過程中的發熱問題。第二，與第一種相對應，如果環境溫度過高，則要采取降溫措施，減少水分的蒸發，常用的降溫措施，一方面是降低材料溫度，適當增加水分；另一方面降低環境溫度，通過選擇合理的施工時段，例如炎熱光照時間長的夏季施工，混凝土的攪拌一般放在夜間進行，在上午7-10時，下午3-6時之間進行澆筑，盡量不要選擇溫度高的時間段進行混凝土澆筑。這也是一種對環境溫度進行控制的方法，相對而言，該種溫度控制的策略較為常見。通過上述兩種方法的控制機理可知，采用溫度控制的方式，無論是作用于混凝土材料還是環境，實際上是對混凝土中的水分進行保持的作用。其對于大部分裂紋產生的原因有著明顯地抑制作用。

2.2 控制材料的配比和攪拌環節的影響

混凝土材料的配比是影響混凝土質量的主要原因之一，參與混凝土的任意一種材料缺少都會造成混凝土的強度不足，出現裂縫或過早的風化現象，例如水、水泥的不足會造成混凝土各材料化合程度不足；骨料的不足，會造成混凝土強度不夠，且耗費水泥更多，成本更大。攪拌環節對于混凝土的質量同樣重要，充分的攪拌能夠保證混凝土各個材料混合均勻，進而不會發生局部的化合不充分或者材料結構局部的變化等因素。為此，要做好充分的攪拌工作，另外，混凝土的攪拌廣義上也代表著其運輸和存儲的過程，在這一過程中，除添加一些延長混凝土凝固時間的添加劑外，還要實時進行攪拌，防止提前黏合。

2.3 控制施工工藝

現代大型混凝土的澆筑常采用商品混凝土進行，可以有效地保證混凝土材料的質量和澆筑過程，但對其后的搗固、養護環境需要工人具體操作。其中搗固環節主要是保證混凝土充分填充模具，但其對于提升混凝土均勻性和穩定性方面同樣具有極大的作用，這有效地降低混凝土裂縫產生的概率。混凝土澆筑完畢后進入養護環節，這一環節要注意幾個方面：一是對于外界溫度過高、陽光直射的情況要加大施水頻率，避免混凝土失水造成裂紋；對于外界溫度過低，例如冬季混凝土養護，要采取保溫措施，例如表面覆蓋塑料膜、覆蓋草墊等，避免混凝土凍傷，在解凍過程中出現裂縫。此外，還要注意養護時間，要根據環境溫度變化，可以延長但不能縮短。

2.4 控制材料的篩選

組成混凝土的材料選擇十分重要，決定了混凝土的整體強度；第一，水泥的質量十分重要，其主要指標是抗滲透能力、干縮性、強度等，必須按照施工標準進行選擇；第二，骨料的選擇，要選擇干凈、堅硬，不易風化的石料，一般可以通過反擊破碎機軋制形成骨料，然后進行檢驗；第三，在混凝土調配和澆筑過程中，還要添加一些引氣劑、減水劑等，保證混凝土的脆性和防水性。總之，材料的控制不僅僅是按照規定的比例進行，還要對原材料的質量進行控制，這才能夠防止混凝土出現裂縫等質量問題。

3 結語

綜上所述，混凝土產生裂紋的原因主要是收縮裂縫、沉陷裂縫、溫度裂縫和干縮裂紋，這些裂紋產生的機理各有不同，大都與溫度、工藝、材料等因素有關，為此，要做好混凝土施工中的溫度控制，把握好澆筑和養護環境的工藝操作，做好混凝土原材料的篩選，才能夠防止混凝土出現裂縫等質量問題。