水工混凝土溫度裂縫的成因與控制措施

李宏峰

【摘要】混凝土裂縫普遍存在于水工建筑之中，裂縫出現(xiàn)會對混凝土建筑物的正常使用造成不同程度的影響，然而現(xiàn)階段的水利工程技術(shù)尚不能完全解決此類問題。下文先簡要概述了混凝土溫度裂縫的形成，并對其產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，提出了一些有效的控制措施，旨在為提升水工混凝土質(zhì)量減少水工混凝土溫度裂縫提供參考。

【關(guān)鍵詞】水工混凝土；溫度裂縫；成因；控制措施

引言

裂縫是水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象。裂縫的存在，不僅會影響工程質(zhì)量的整體外觀形象，而且會降低抗?jié)B和抗凍能力，并會導(dǎo)致鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)物的耐久性，影響結(jié)構(gòu)物的正常使用功能，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大甚至可能會導(dǎo)致坍塌事故。因此，必須對混凝土裂縫進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查研究，探討裂縫的成因和防治措施，從而更好地防治裂縫，提高工程質(zhì)量。

1、水工混凝土溫度裂縫概述

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫通常中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

2、水工混凝土溫度裂縫成因

（1）大體積混凝土水化時產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫；（2）混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至?xí)灤┱麄€構(gòu)件；（3）當(dāng)有約束時，混凝土熱脹冷縮所產(chǎn)生的體積脹縮，因?yàn)槭芗s束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫；（4）混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中活性氧化硅等起反應(yīng)，析出的膠狀堿——硅膠從周圍介質(zhì)中吸水膨漲，體積增大3倍，從而使混凝土漲裂產(chǎn)生裂縫；（5）在炎熱的大風(fēng)天氣，混凝土表面水分蒸發(fā)過快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時仍處于塑性狀態(tài)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫；（6）當(dāng)鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，由于混凝土保護(hù)層厚度有限，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧離子會使混凝土中的鋼筋生銹，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

3、水工混凝土溫度裂縫控制措施

混凝土裂縫因形成原因不同，其預(yù)防措施也不盡相同。經(jīng)過工程實(shí)踐摸索，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫可從多方面采用措施加以預(yù)防。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計方面。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，充分考慮邊界條件和環(huán)境因素，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，合理分縫、分塊，合理設(shè)計鋼筋保護(hù)層厚度，在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性前提下，盡量使用低強(qiáng)度等級混凝土；（2）材料配比方面。優(yōu)化混凝土配合比，有效控制水膠比，使用水化熱相對較低的中熱或低熱水泥，限制水泥用量，降低混凝土入模溫度，選擇優(yōu)質(zhì)原材料，選用低堿水泥，適量摻用優(yōu)質(zhì)膨脹劑、粉煤灰、纖維等材料，提高混凝土自身抗裂性能。（3）材料選取方面。首先，水泥的選取。應(yīng)優(yōu)先選擇低水化熱和中水化熱的硅酸鹽水泥，從根本上降低混凝土后期凝結(jié)硬化時因高水化熱而造成的溫度裂縫。其次，骨料的選取。選擇質(zhì)地良好、級配優(yōu)良的砂石骨料。應(yīng)優(yōu)先選擇石灰?guī)r、玄武巖等熱膨脹系數(shù)小、粒徑較大的粗骨料，以中、粗砂為主的細(xì)骨料。骨料應(yīng)粒徑均勻、含泥量低（如石骨料不應(yīng)超過1%，砂骨料不應(yīng)超過2%）。最后，摻合料和外加劑的選擇。積極采用水工混凝土摻合料和外加劑。使用摻合料和外加劑可以減小水灰比和水泥用量、降低混凝土絕熱溫升、降低水化熱放熱速率、延緩溫度峰值出現(xiàn)的時間、改善水工混凝土的工作特性，從而極大降低產(chǎn)生裂縫的幾率；（4）溫度控制方面。首先要降低混凝土的入倉溫度，通過冷卻拌和水、加冰拌和、預(yù)冷骨料等辦法降低混凝土出機(jī)溫度，采用加大澆筑強(qiáng)度、倉面保冷等辦法減少澆筑過程中的溫度同升。其次要降低內(nèi)外溫差，可以在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，用地下水或人工冷卻水進(jìn)行人工導(dǎo)熱，對于外部混凝土要進(jìn)行隔熱保護(hù)以調(diào)節(jié)表面溫度下降的速度，達(dá)到降低溫度梯度的目的；（5）施工方面：優(yōu)化施工工藝和施工程序，規(guī)范施工行為，夯實(shí)地基基礎(chǔ)，確保其壓實(shí)度合格。嚴(yán)格控制混凝土原材料計量和拌合過程，提高混凝土密實(shí)度和抗?jié)B性。避免集中卸料，保證混凝土均勻性，加強(qiáng)或改進(jìn)混凝土養(yǎng)護(hù)制度，適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。預(yù)處理混凝土原材料，降低混凝土入模溫度，嚴(yán)格控制結(jié)合面處理質(zhì)量，確?；炷琳辰Y(jié)牢固，避免起層破壞；（6）養(yǎng)護(hù)和拆模?；炷翝仓戤吅?，要及時進(jìn)入保溫保濕養(yǎng)護(hù)階段。剛澆筑不久的混凝土尚在凝固硬化階段，水化的速度較快。一般在澆筑完畢后12-18h內(nèi)即開始養(yǎng)護(hù)，整體養(yǎng)護(hù)時間不少于14d，結(jié)構(gòu)重要部位至少28d。養(yǎng)護(hù)過程中要注意混凝土的保溫，防止混凝土因內(nèi)外溫差較大出現(xiàn)表面裂縫和溫度裂縫。混凝土拆模時間應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁睾突炷两⒌膹?qiáng)度確定。事實(shí)表明，在一定程度上延長混凝土的拆模時間，有利于控制混凝土裂縫。

結(jié)束語

在當(dāng)前對混凝土耐久性要求日益提高的情況下，水工混凝土裂縫是一個不容忽視的問題。水工混凝土作為工程施工技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于水利工程建設(shè)中，結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象更是屢見不鮮，嚴(yán)重影響了水工混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性和安全性。鑒于水工混凝土使用環(huán)境復(fù)雜，引起其開裂破壞的因素眾多，加強(qiáng)水工混凝土裂縫研究，對確保重大水工混凝土結(jié)構(gòu)安全和耐久意義深遠(yuǎn)。

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