水利工程混凝土裂縫成因及防治措施探析

蘇理河

廣西珠委南寧勘測設計院（530007）

在水利工程的施工過程中，混凝土的裂縫會對工程建設質量產生直接的影響，所以，需要針對不同種類型的裂縫成因進行深入的分析，以便有針對性的制訂防治方案。

1 水利工程混凝土裂縫類型及產生原因

水利工程混凝土裂縫類型較多，文章主要針對干縮裂縫與溫度裂縫進行分析探討。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫一般是在混凝土養護階段出現。在混凝土的澆筑過程中，混凝土要將各種材料進行混合，但是化學變化完成尚早，在其后續較長的養護過程中還會不斷的吸水，從而導致凝膠、水以及骨料之間產生相互的化合作用，從而形成堅硬的材料。所以，養護本身就屬于混凝土結構程序參與的關鍵性步驟，而不是后續的輔助措施。在投入使用之前出現裂縫，就稱之為干縮裂縫。這一種裂縫本身產生的危害較大，會導致混凝土出現脆性變化或者是產生形狀的變化，進而導致整體的報廢[1]。針對干縮裂縫而言，其產生的主要原因在于水泥品種、混凝土相對應的配合比以及養護條件。通過相關的資料研究分析來看，氯酸三鈣的含量較低，并且細度適中，其礦渣含量偏少的水泥品種的干縮較小。基于混凝土的配合比加以分析，混凝土干縮率主要是單位用水量和水泥用量與砂率所決定的。基于比較分析，用水量的影響最為明顯。伴隨著水泥量、砂率以及用水量的不斷增加，也會導致混凝土的干縮率進一步的增加。所以，通過水量偏低的貧水泥混凝土，其砂率相對較低的干硬混凝土，其干縮率較小。同時，也需要考慮到失水養護，以滿足干縮發生的有效延緩。

1.2 溫度裂縫

針對水利工程而言，其混凝土產生溫度裂縫，主要是因為混凝土材料內部溫度出現差異及材料特性等原因，在溫度變形過程中混凝土受到約束產生拉應力造成的。第一，混凝土內部溫度差異出現的原因在于:①外部因素:由于環境溫度的差異性，導致混凝土內外部溫差較大，從而導致溫度裂縫的出現。如某露天建設的鋼筋混凝土懸臂式堤防工程，其擋水板暴露于大氣空間，基礎埋于地下2 m以下，其地面以上混凝土板的溫度隨氣溫而變化，范圍可達到0℃~45℃,而地下混凝土板的溫度一般維持在22℃左右,于是地上地下的混凝土板在不同季節都產生溫度差,如果混凝土板的抗拉強度不足將造成溫度裂縫。②內部因素:主要是因為在混凝土的澆筑過程中水泥會產生水化熱，使混凝土內外散熱出現差異，從而導致混凝土的內外溫差出現裂縫。第二，材料特性方面的原因在于:因為混凝土本身帶有熱脹冷縮、抗拉強度低的基本特性，溫度高的一部分混凝土，其產生的熱膨脹會直接形成壓應力，而溫度較低的一部分會產生收縮，并且形成拉應力，由于材料抗拉強度不足，收縮部分拉應力大于材料抗拉強度時就會產生裂縫[2]。

2 水利工程混凝土裂縫防范要點

對于水利工程混凝體裂縫的防范，只要做好混凝土原料與配合比的有效控制以及施工養護等各項措施，是可以防范減少混凝土裂縫的產生，滿足水利工程的混凝土質量要求的。

2.1 混凝土原料及配合比控制

首先要選用合適的水泥品種。原料的質量是裂縫影響的主要因素之一，在施工過程中，需要根據不同混凝土結構的環境特點，選用合適的水泥材料。如大體積混凝土宜盡量選用水化熱低的水泥品種，以減少混凝土內外溫差。裂縫控制要求高的混凝土結構宜選用強度高的硅酸鹽水泥品種。其次，要做好混凝土配合比的設計。針對混凝土結構的不同功能要求選擇合理的配合比，以此來減少裂縫產生。再次，要做好水泥用量控制。最后，外加劑的使用也是混凝土性能得以提升的有效因素，在混凝土之中可以選擇添加一定量的引氣劑及高效減水劑等，從而降低混凝土的用水量和膠凝材料的用量[3]。

2.2 各種裂縫的防治措施

針對上述出現的各種裂縫類型，需要找到合理有效的防治措施，從而滿足混凝土質量的要求。

2.2.1 干縮裂縫防治

為了避免混凝土結構本身出現干縮裂縫，需要做到:①選用干縮較小的水泥品種，如硅酸鹽水泥的干縮要低于礦渣水泥。②基于規范要求，做好伸縮縫的合理設置，對于有防水要求的，還需要做好止水措施的設置。③降低水灰比，盡可能減少水泥用量，以此來改善混凝土的性能。④合理的選擇配筋率，并且要求配筋率不宜過高，構造筋的設置要求能夠均勻的進行分布，避免應急集中從而出現裂縫。⑤混凝土抗拉強度需要適當的提高。在保持一定水泥用量條件下，水灰比的縮小，可以增加抗拉強度，其大于混凝土干縮應力的增加，這樣可以滿足對于裂縫發展區域的控制。通過早強劑的實用，可以實現早期強度的提升，但是會對應的加大其干縮。所以，還需要基于抗裂安全的提升作為目標，綜合的考慮到后續的措施。⑥施工環節，需要確保振搗方法的準確性，要求其密實度達標，并且防范振搗過度。另外，也需要考慮到濕水養護處理，以此來保障養護的質量，將干縮發生的可能性延遲。⑦做好設計構造的完善。通過伸縮縫的合理設置，盡可能減少約束作用，將約束的實際范圍縮小。同時，選擇小直徑的薄壁構件配筋，適當增加布筋的密度，這樣也可以實現裂縫發展趨勢的有效控制。⑧做好混凝土的科學養護，一般來說，在澆筑12 h之內就需要做好混凝土覆蓋處理，并且采取合理有效的保溫措施，以此來降低降溫過程之中出現的溫差，并且將養護時間適當的延長[4]。

2.2.2 溫度裂縫防治

在水利工程的混凝土施工環節，需要做好施工溫度的有效控制，以此來控制裂縫的產生。

1）降低澆筑溫度與水化熱。盡量使用低發熱量的水泥的，如大壩水泥、礦渣水泥等，這樣可以減少水化熱所引起的絕熱溫升；做好骨料級配的合理改善，并且適當的增加大塊石，添加一定的混合材料，適當的減少砂率，以滿足水泥用量的控制，一般來說，要求其不能超過450 kg/m3，盡可能降低水灰比，一般控制在0.6以下；合理有效的改善攪拌的加工工藝，落實混凝土澆筑溫度的有效控制；適當的添加外加劑，改善混凝土拌合物的保水性與流動性，這樣有利于分層澆筑的實施，可以降低水化熱；盡可能避免夏季施工，杜絕中午澆筑。

2）控制內外溫差。針對水利工程的大體積混凝土，需要做好內部冷卻管道的設置，通過冷氣或者是冷水來做好內部的散熱處理，以此來降低內外溫差；蓄水養護是目前大體積混凝土結構的有效方式之一。在完成終凝之后，其表面會有一定深度水的續存。由于水本身的導熱系數為0.58 W/m·k，能夠起到一定的保溫隔熱，能夠降低表面水化熱的降溫速率，最終實現內外部溫差的縮小。

3）注重全過程的混凝土養護。在完成混凝土澆筑之后，要及時使用麻袋、草簾等進行覆蓋處理，并且落實灑水養護，盡可能將養護的時間延長，確保表面緩慢的冷卻。在寒冷季節，還需要采取有效的保溫處理，避免寒潮的襲擊。針對壩岸結合的位置，在拆模之后，需要盡快的回填土，避免過大的氣溫變化產生危害，同時也可以有效延緩降溫的速率。

4）合理改善約束條件。混凝土的澆筑應該做好施工工序的合理安排。考慮到大體積混凝土的結構尺寸關聯到溫度應力，一旦澆筑結構尺寸過大，其溫度應力也會對應的提升。所以，就需要采取積極有效的措施來縮小約束范圍，并且進行適當的散熱，確保自由伸縮能夠達到釋放溫度應力的目的。在孔洞的周圍、轉角處、斷面突變部位等，因為混凝土收縮、溫度變化，會有應力集中情況的出現，從而導致裂縫的產生。所以，就可以考慮到增加斜向鋼筋；各個塊體平行施工，避免相鄰的澆筑塊過大，側面出現長時間的暴露；在斷面突變位置上，可以局部的處理，并且增加抗裂鋼筋。

3 結語

總之，做好混凝體裂縫的控制，需要結合水利工程環境、結構、材料等實際情況，針對混凝土裂縫產生的不同原因，綜合采用一系列的設計、施工措施，能夠確保對各種裂縫進行有效的防范處理。