淺談水利工程中混凝土的裂縫控制技術

張經緯 王 成 陳 帥

一、引言

我國歷來洪澇災害多發，加強水利工程建設是積極應對洪澇災害和充分利用水資源的重要途徑之一。混凝土具有原料豐富、價格便宜、生產工藝簡單、抗壓能力較強，耐火性能好以及可塑性良好等特點，被廣泛應用于各項大小型水利工程。不同工程因所處環境不同對混凝土的要求也有很大區別，且混凝土工程質量直接影響水利工程的整體質量安全。在施工中，混凝土往往會因當地環境、施工時的工藝和配比設計等問題而產生裂縫，科學有效運用混凝土裂縫控制技術對確保工程項目質量非常重要。

二、水利工程建設中混凝土生成的裂縫類型

（一）溫度裂縫

工程項目施工時，混凝土凝結硬化過程會持續放熱，隨著混凝土不斷硬化，熱量留存在內部無法放出，特別是大體積混凝土，其內部留存的水化熱會比較多并且不容易散發，混凝土內部溫度會逐漸上升，導致內部與外界環境的溫差相差過大，從而使混凝土表面產生拉應力，若混凝土抗拉強度不足以承受產生的拉應力就會使其表面產生許多不規則的裂縫。另一種情況則是混凝土本身成型時因各種原因導致其內部結構有缺陷，結構缺陷使混凝土內部各部分結構受力不同而導致開裂。

（二）塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫常見于表面積較大的壩身等，產生于混凝土澆筑后至終凝前階段，混凝土澆筑后因環境因素導致水分流失，造成一定的體積收縮，這種突然的收縮導致內部出現負向壓強，致使混凝土表面開裂，特別是在大風、高溫天氣，混凝土難以抵御這種收縮力，極容易產生塑性收縮裂縫。

（三）沉陷裂縫

沉陷裂縫通常是在地基施工時，因回填土未能夯實，地基附近土質出現松軟及浸水現象，致使地基結構出現問題，造成不均勻沉降而產生的。沉陷裂縫多數屬于貫穿裂縫，對地基結構、承受力和耐久性有很大破壞力。同時，地基沉陷深度也會影響裂縫深度和走勢。

（四）干縮裂縫

干縮裂縫多出現在混凝土養護及養護后階段，在終凝后和振搗完后也會出現。與塑性收縮裂縫不同，干縮裂縫是因為混凝土內部水分流失速率比外部慢從而導致內外變化不一，外表面受到內部限制而產生的。干縮裂縫寬度在0.1～0.15mm，裂縫走勢呈網狀和樹枝狀。

（五）因化學反應產生的裂縫

混凝土在攪拌混合時，其中的活性物質如活性硅和碳酸鹽類會和水泥中的堿性物質發生堿骨料反應，并從周圍吸收水分，從而使反應生成物體積膨脹導致混凝土膨脹開裂。當混凝土開裂后，內部鋼筋會因直接暴露在空氣和水中導致生銹，鋼筋強度大大降低從而斷裂，承受力下降。

三、水利工程建設中混凝土裂縫控制及防護

（一）優化混凝土配比設計

混凝土材料的配比設計是影響其質量好壞的重要因素。為了避免因使用不科學不合理的配比而導致混凝土開裂，必須要求施工現場測量人員對施工地區的環境進行準確的測量，從而使混凝土的配比更加科學且合理以達到減少混凝土開裂概率的目的。對于常見的裂縫類型，可以采取更加具體的措施，如塑性收縮裂縫，可以通過加入一些減水劑來控制其水泥和用水量；對于干縮裂縫，可以控制砂率以防止其過大；可以通過降低用水量和砂率來控制溫度裂縫出現的概率。

（二）合理控制水泥攪拌和施工工藝

要防止混凝土開裂，現場施工人員需要嚴格按照施工具體要求對混凝土進行作業。其中在混凝土攪拌過程中，不僅要確保混凝土攪拌均勻，同時也要保證其整體性良好，這樣可以使混凝土質量更加良好，離析現象和裂縫出現概率也會大大減少。在混凝土的運送和存放時也要格外重視，防止混凝土在存放和運送期間過度與外部環境接觸，導致混凝土變質，性能下降。

優化施工工藝和合理控制施工環節可以使混凝土開裂概率大大降低。不同類型的裂縫問題可采用針對性的解決方法：

（1）對于塑性結構裂縫，為防止混凝土表面失水過多，可以先濕潤澆筑模板，在后續養護過程中遮蓋混凝土并不定時澆水以達到防止失水的目的；

（2）對早期混凝土進行保濕處理，以解決混凝土表面水分蒸發過快而導致干縮裂縫的問題；

（3）對于溫度裂縫，在澆筑時可通過降低混凝土的溫度或分數次澆筑來減少混凝土的水化熱，夏季也可以通過對混凝土澆水處理來防止混凝土內外溫差過大。

實際施工時，不僅要施工人員嚴格遵守規章制度和工藝流程，也要不斷改進和完善施工工藝來防止混凝土開裂。科學有效的施工工藝可以很好地控制裂縫的產生。在混凝土澆筑時會因水泥品種、外加劑種類和用量等原因產生氣泡，這些氣泡容易使混凝土內部結構強度降低、表面坑坑洼洼，所以施工時通常使用二次振搗來進行二次液化排除內部氣泡，還能去除多余的水膜和過大的骨料，極大提高混凝土的穩定和整體性。對于混凝土凝結硬化過程中可能出現的滲水、泌水現象，可摻入一定量的粉煤灰，在后續養護過程中在混凝土上覆蓋塑料薄膜以起到保溫保濕作用，溫度較低時選擇更加厚實的覆蓋物。

（三）施工材料選用

選擇合適的施工材料將直接影響混凝土的整體質量，針對可能出現的裂縫類型可選用不同的施工材料，如：

（1）防止塑性收縮裂縫，可選用粉煤灰和普通硅酸鹽水泥等收縮量較小的水泥品種；

（2）防止干縮裂縫可選用硅酸鹽水泥；

（3）防止溫度裂縫，可選擇水化熱較低的水泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等；

（4）選用總堿含量低于0.6%的低堿性水泥來減少因堿骨料反應導致混凝土膨脹開裂的概率。

做好混凝土原材料的質量把控可以很好地保障整體施工質量，降低裂縫出現的概率和返工耗費的人力物力和時間。所有采購的材料都需要專業人員負責，必須找市場上品質有保障、信譽度高的材料供應商進行合作，最好選擇能長期保障材料供應的。

四、修補混凝土裂縫技術

對于水利工程中已經開裂的混凝土應立即進行裂縫處理，以防止結構被進一步破壞，在工程中常用以下兩種修補方法：

（1）混凝土表面處理

表面處理在裂縫處理中屬于比較常見的方法，先對裂縫表面進行干燥處理，再選用防腐材料或樹脂，速水泥漿涂抹在裂縫表面。此方法使用成本較低，操作簡易，修補效果良好。

（2）裂縫填充，灌漿處理

此方法是將膠結材料如水泥、環氧樹脂和甲基丙烯酸甲酷液等利用設備注入裂縫中，待填充材料硬化后，將開裂的混凝土兩邊重新連接起來以起到加固作用，常用于較深的裂縫和需要防滲的混凝土開裂構件。

五、結語

綜上所述，解決混凝土開裂問題的關鍵可以總結為：施工環境是裂縫產生的重要因素，在施工前應提前根據環境對配合比進行科學合理的調整；要提高施工人員素質要求，嚴格按照相應規章制度工作，提高成型工藝并根據具體情況合理使用外加劑；要科學、合理、有預防性地選用原材料，保證原材料的質量。隨著技術的不斷進步，混凝土裂縫控制技術將更有預防性和針對性，在建設新時代高質量水利工程中發揮更大作用■