水工結構工程裂縫成因及防治探討

謝良濤

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010）

水工結構工程項目在建設期間會受到多種因素的影響，從而導致出現結構性作業裂縫，使水工項目建設的質量受到很大的影響。因此，在施工過程中，要找到產生結構裂縫的成因并進行詳細分析，制定出有效的防治措施。當前，在水工結構項目建設中，針對裂縫的處治還存在一定的不足，需要加強重視，做好裂縫的防治工作，以使工程的安全性和可靠性得到保證。

1 水工結構工程裂縫的特征

水工結構中裂縫大多產生于大體積混凝土施工過程中，因為大體積混凝土在構造及原材料構成方面，都具有一定的復雜性，多方面的因素都會影響到混凝土的構造及性能。大體積混凝土在抗壓能力方面相對比較強，但是在抗拉能力方面卻比較弱，這是因為混凝土屬于脆性材料，抗拉能力遠低于抗壓能力，甚至難以達到抗壓能力的10%，因此如果被外界的作用力所影響，或者受到本身收縮力的影響，就可能出現裂縫。在水工結構工程中，混凝土的用量非常大，在澆筑作業后，由于材料本身的水化熱的特點，在混凝土的內部會產生非常高的溫度，這時的彈性模量和變形量都很小，而隨著散熱混凝土溫度會下降，彈性模量和變形不斷加大，這時混凝土的內部就會產生較大的拉應力，但混凝土的抗拉能力非常差，所以在其內部會出現裂縫。

水工結構工程中既存在大體積混凝土，也存在鋼筋構造，而這兩者的抗拉能力相差比較大。在澆筑大體積混凝土時，如果鋼筋的用量與標準需求不符，就會降低混凝土的承受能力；而且因為面積非常大，也會與外界有較大的接觸面，外界的水分與空氣會對鋼筋產生一定的侵蝕作用，在其內部非常容易產生拉應力，這會在很大程度上破壞大體積混凝土。

2 水工結構工程裂縫產生的原因

2.1 鋼筋銹蝕引起的裂縫

因混凝土質量差或保護層厚度不足，混凝土保護層被二氧化碳腐蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍的混凝土堿性降低，或因氯化物介入，鋼筋表面的氯離子含量增加，會引起鋼筋表面氧化膜破壞。鋼筋中鐵離子與侵入混凝土中的氧氣和水分發生銹蝕反應，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原混凝土大2～4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，造成保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，有銹跡滲入混凝土表面。腐蝕使鋼筋有效截面面積減少，鋼筋與混凝土的夾持力減弱，結構承載力降低，還會引發其他開裂形式，加劇鋼筋銹蝕，造成結構被破壞。

2.2 建材碳化收縮

二氧化碳的濕度、濃度會影響建材的碳化收縮。一旦建筑物下方有碳酸地下水，就會造成碳化收縮的問題。這時，建筑物的混凝土抗拉強度如果低于混凝土碳化的收縮力，混凝土就很容易開裂。此外，碳化收縮難以改變，混凝土很容易暴露出來，處于二氧化碳濃度較高的條件中，很容易開裂。

2.3 建材失水收縮

在水工結構施工過程中，水泥是非常重要的材料。在水泥應用過程中，最常見的問題就是溫度與濕度的變化，這就導致水泥中存積的水分也會發生變化，失去水分就會導致出現收縮問題。因此，在水泥失水的過程中，水泥石也會出現收縮，從而形成裂縫。在水工結構工程中，失水收縮是產生裂縫的一個常見原因。

2.4 直接作用產生裂縫

水工結構工程在進行混凝土施工的過程中，受到各方面的壓力與重力等直接作用，會導致裂縫，如土塊壓力、構造物自身的重力等。在設計過程中，可以明確荷載，從而科學有效地進行把控。在結構裂縫中，由直接應力產生的裂縫占1/4。

3 水工結構工程項目施工中裂縫的防治策略

3.1 嚴格控制施工的原材料

根據施工經驗，嚴格管控施工原材料，在選取材料的過程中做到科學謹慎，是將水工結構大體積混凝土中裂縫控制在一定范圍內的有效措施。控制混凝土的配比，對提升混凝土質量有著重要的意義，因此要加強對混凝土材料配比比例的研究和控制。因為泥沙、水泥、砂礫等是原材料的主要構成部分，所以在選取這些材料的過程中需要加強注意。（1）要注意避免選擇沙石中含泥量高的材質，這類材料不具備較好的性能，而且強度也比較弱；（2）在選取材料的過程中，應盡量選取砂礫較大的材質，一旦選取到砂礫較小材質，會造成使用量大并且產生大量熱量，同時要選擇收縮系數較小的材質，以降低混凝土的內部應力；（3）需要細致篩選各類添加劑。總之，在選擇原材料時要處處小心謹慎，從材料上控制裂縫的產生。

在選擇原材料時，要盡量選擇水泥含量比較少的混凝土，這樣能夠在一定程度上有效處理大量的水化熱。隨著科學技術的快速發展，我國很多工程中都采取了混摻煤灰與礦渣的手段，以降低水熱化的發生頻率。具體而言，在調配混凝土的過程中，需要結合工程的實際需求，適當增添相應的添加劑，從而有效增強混凝土的強度。

3.2 合理有效地控制溫度

混凝土出現裂縫，溫度的變化是一個重要的原因。但是溫度是一個變化較大的因素，很難隨時對溫度進行有效控制。因此在控制溫度時，一定要嚴格按照標準來執行，在進行混凝土澆筑前，要結合相關的數據，如體積等，計算出澆筑時能夠達到的溫度，從而實現對混凝土溫度變動的有效控制。

3.3 把控施工進程

在施工的過程中沒有正確操作，或者產生不恰當的行為，也會導致水工結構大體積混凝土裂縫，因此需要嚴格有效地控制施工的進程。（1）在施工作業時間方面，應選擇恰當的時間，避免選取在過冷或過熱的時段進行施工，施工作業的時間最好選取在春秋季節。（2）溫差過大也容易導致裂縫，在施工過程中，采取分層澆筑或分塊澆筑的辦法來改善這一問題。在澆筑過程中應避免中斷，并在混凝土中設置冷卻水管。（3）在完成混凝土澆筑工作之后，應對表面及時進行潮濕保養工作，有效預防表面干裂破壞。

4 結束語

研究并分析水工結構工程裂縫出現的原因，對于促進國家的發展進步有著重要的作用。水工結構工程裂縫治理的關鍵仍然在于預防，同時后期也需要做好維護工作。由于水工結構施工會被許多不確定因素所影響，在施工設計的過程中，預防措施方面難以保證周全，容易出現漏洞，因此需要在施工技術方面加強控制，以最大限度減少不確定因素對水工結構的設計和施工的影響，從而有效減少工程裂縫的產生。在裂縫產生之后，要及時對其進行修補或加固，有效做好對裂縫的控制，使結構工程功能的發揮得以保證。