水利工程混凝土裂縫產生的原因及預防

□張元東 □李 萍（鞏義市水務局）

在水利工程建設中，由于各種原因，混凝土普遍會產生開裂的現象，特別是對于部分薄壁結構的水利工程建筑，裂縫幾乎處處存在。混凝土的開裂會使混凝土內部的鋼筋腐蝕，從而降低混凝土的承載力、耐久性和壽命，甚至威脅到人們的生命和財產安全。在當前的水利工程建設中，雖然許多技術人員針對裂縫問題進行了大量的研究，同時采取了各種措施，但依然無法有效避免混凝土裂縫的產生。因此，在水利工程混凝土施工中對混凝土裂縫進行認真的處理和分析，有針對性地采取預防措施，防止裂縫的出現，對確保水利工程的質量安全有重要意義。

1.水利工程混凝土裂縫產生的原因

1.1 塑性收縮產生的裂縫

混凝土在固化過程中，逐漸冷卻，蒸發，這是造成混凝土收縮的主要原因，特別是一些大體積的混凝土，受混凝土收縮的外部環境的影響，自然會形成收縮應力，當應力超過混凝土本身的抗拉強度時，就會產生裂縫。裂縫是最常見的混凝土的質量問題。這些裂縫是不連續的，屬于材料的物理性病害，是影響水利工程混凝土耐久性的主要因素。裂縫的存在導致混凝土的抗拉性能降低，裂紋將指導有害物質進入混凝土，使鋼筋混凝土結構腐蝕損傷。對于水電站和灌溉渠道，擋水混凝土結構的裂縫會直接引起泄漏，如果泄漏達到一定水平，將直接危及工程蓄水能力；對于混凝土重力壩來說，如果裂紋達到一定的深度和寬度，可以導致大壩揚壓力急劇增加，削弱大壩的抗滑能力，對結構抗震十分不利，甚至對整個大壩的抗震能力和結構穩定性非常不利，對整個結構的穩定性和安全造成威脅。

1.2 溫差造成的裂縫

混凝土溫度裂縫是由于混凝土內部和外部間產生溫差造成的，水泥水化熱使混凝土內部和混凝土表面所造成的溫度差異過大。在溫度交替變化過程中，混凝土多孔水變成冰或冷水，體積膨脹，產生凍脹壓力，冷水遷移過程中又產生滲透壓力，當這兩個附加力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會損傷。溫度裂縫的產生主要有三種情況：一、液壓混凝土在施工初期，產生大量水化熱，產生溫差裂紋；二、混凝土模板拆裝之前和之后，混凝土表面的溫度會急劇下降，導致產生裂紋；三、混凝土內部溫度達到極限，而散熱慢，也會產生溫度裂縫。施工中的體積比較龐大的混凝土，主要是由于溫差導致產生裂縫，例如：分洪閘、水工大壩、攔河壩等水工混凝土更易發生溫度裂縫。

1.3 安定性裂縫

安定性裂縫也是混凝土常見的裂縫之一，安定性裂縫通常是因為混凝土本身的質量不合格引起的。部分施工人員為了自身利益，降低混凝土質量標準，選用不合格的混凝土，從而容易導致安定性裂縫的產生。此外，所使用的鋼筋腐蝕也會造成混凝土裂縫。因此在工程建設的過程中要采取各項措施，重視對于施工材料的維護。

2.水利工程混凝土裂縫控制措施

2.1 優化混凝土配合比設計

采集原料進行試攪拌，盡量減少水泥用量，添加Ⅰ級粉煤灰，水膠比控制在允許范圍內，粗骨料選用二級配，通過添加粉煤灰改善混凝土的和易性，降低溫升，減少收縮，對改善耐蝕性具有良好的作用。在裂縫容易發生地方例如洞穴和角落等安排一些斜肋，從而使鋼筋來代替混凝土的拉伸應力，可以有效地控制裂縫的發展。為避免出現裂縫，設計中采用低強度水泥，充分利用混凝土的后期強度。在工程結構設計中應特別重視降低結構約束度。鋼筋混凝土保護層厚度應盡量取較小值，因為保護層厚度越大，就越容易出現裂紋。

2.2 加強混凝土的養護措施

在混凝土拆模后掛稻草或草簾并澆水，以便保存水分。在開始混凝土澆筑時，應嚴格按照工藝要求施工，多加呵護保養。混凝土養護不僅能預防早期裂縫的產生，而且還能促進后期的穩定性，保障其承載力和高韌性。對混凝土的養護，在現代水利工程施工中，要充分認識和重視。由于鋼筋銹蝕氧化，氧化是生銹的主要原因，因此，增加混凝土的密度，防止空氣進入，增加混凝土表面保護層的厚度，防止氧化。在混凝土表面，噴涂或刷涂瀝青、環氧樹脂涂料。選擇耐腐蝕性強的增強材料和混凝土材料，對防止混凝土裂縫的產生取得了良好的效果。堿骨料反應對結構的耐久性有很大的影響，為控制堿骨料反應，最好選用優質骨料和低含堿量的水泥以及中性水攪拌，在提高混凝土密實度的同時合理降低水灰比。

2.3 避免混凝土地基的不均勻沉降

要有效控制混凝土裂縫的產生，還要采取有效措施，有效避免混凝土地基的不均勻沉降。為了避免混凝土地基的不均勻沉降，常用的解決方法是減少結構重量，優化各類建筑材料，合理安排施工工序。如果只是簡單地減輕結構重量，只會使穩定性減弱，加重不均勻沉降。在工程實踐中，應該把抵抗不均勻沉降作為主要的防護措施。

2.4 塑性收縮裂縫的預防措施

為了減少塑性收縮裂縫，首先要選擇合適的材料，一般選擇干燥收縮值較小、強度好的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。嚴格控制水灰比，利用混凝土高效減水劑來提高混凝土的強度，減少水和水泥的分量。在澆注混凝土之前，基層和模板上要灑水。及時向混凝土表面覆蓋一層塑料膜，保持混凝土的濕度，或在混凝土表面噴涂固化劑固化。如果遇高溫和大風天氣，最好設置防風遮陽設施，積極保護混凝土結構。

3.結語

混凝土裂縫產生的原因是多方面的，如載荷引起的應力裂縫，地基沉降引起的不均勻沉降裂縫，溫度或溫度變化引起的溫度裂縫，塑性收縮產生的裂縫等。為了防止混凝土裂縫，必須從配合比設計、施工質量控制、溫度控制和施工管理等方面采取系統措施。同時，實行水利工程混凝土施工全面質量管理，把過去的檢查驗收為主轉變為以預防為主；從過去把事情的利弊分散管理改變為系統的觀點進行綜合管理，以優異的質量為工作中心，圍繞質量開展全員工作，從而提高水利工程施工的工程質量。

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