水利工程混凝土結構裂縫成因及其防治措施

李加順 劉 麗

（云南省水利水電科學研究院，云南 昆明 650228）

1 引言

近年來，隨著我國社會經濟的高速發展，水利工程也隨之蓬勃發展，取得了顯著成績，受到人們廣泛關注。水利工程在迎來新機遇的同時，也面臨著一系列挑戰，要在日益激烈的市場競爭中占有一席之地，必須加強對水利工程建設的管理，尤其要重視水利工程混凝土結構的質量，以提高水利工程混凝土性能，滿足整個工程的實際需求，為人們的生產生活帶來更多便利。

2 水利工程混凝土結構裂縫形成的影響因素

2.1 溫度影響

在進行混凝土施工時，水泥會產生一定的水化熱，內部溫度會隨之上升，產生較大拉應力，后期降溫時又會受混凝土內部約束，如若混凝土抗裂能力或抗變形能力不足，便會產生溫度裂縫。

2.2 濕度影響

一般情況下，大部分混凝土內部濕度不會發生過大變化，但混凝土表面濕度受外界影響會發生較大變化，如若在后期養護工作中未采取有效保濕措施，容易致使混凝土表面發生干縮變形，出現裂縫。

2.3 混凝土自身性能影響

混凝土屬于脆性材料，在進行配制和拌和時，需根據水利工程施工要求進行科學配比，找到最佳的配合比方案。如若無法合理搭配原材料，會致使混凝土出現離析現象，各部位強度不同，容易產生裂縫。

2.4 施工影響

（1）在進行混凝土施工時，如若不能有效把控好每一個施工環節，便會影響混凝土質量。如在澆筑和振搗混凝土時，振搗速度過快，或是振搗不到位，都會影響混凝土的密實性，致使其出現裂縫。

（2）在進行混凝土抹面處理時，沒能達到規定要求，容易造成混凝土裂縫。

（3）忽視混凝土養護作業，也會影響混凝土質量。

3 現階段水利工程混凝土結構裂縫的類型

3.1 干縮裂縫

在水利工程混凝土施工中，容易出現干縮裂縫。這種裂縫通常出現在混凝土養護階段，常見于養護兩周后。當混凝土受外界環境影響后，表面水分迅速流失，導致混凝土變形；當混凝土內部濕度未發生較大變化時，其變形程度較小。混凝土表面出現干縮變形后，受內部約束產生拉應力，從而形成干縮裂縫。干縮裂縫的寬度一般在0.05～0.2mm之間，呈現網狀或平行線狀，深度較淺。其危害有：容易導致滲水、腐蝕混凝土內部鋼筋、降低混凝土的承載能力、難以保障混凝土結構的穩固性。混凝土干縮程度受諸多因素影響，如水泥含量、水灰比、集料和外加劑用量等，需從多方面加以把控和預防。

3.2 塑性收縮裂縫

在混凝土澆筑施工后，如若混凝土凝結前表面水分未得到有效控制，出現迅速失水狀況，則會引發塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫的形成和混凝土施工階段的氣候環境有一定關系，混凝土施工中遇到大風、干熱天氣時，容易產生塑性收縮裂縫，一般呈現中間較寬、兩端較細的狀況。塑性收縮裂縫的長度在20～30cm左右，較長的裂縫可達到2～3m，寬度基本在1～5mm范圍內。導致混凝土出現塑性收縮裂縫主要原因是在混凝土澆筑階段，終凝時強度未達到規定標準，出現高溫、大風等天氣，致使混凝土表面水分快速蒸發，混凝土中的毛細管呈現較大壓力，體積發生收縮，混凝土強度難以抵抗這種收縮力，從而開裂。除此之外，也和混凝土水灰比、凝結時間、相對濕度等因素有關。

3.3 沉陷裂縫

沉陷裂縫是水利工程混凝土施工中常見的一種裂縫類型，主要原因在于混凝土結構地基強度和硬度不符合施工要求，土質松軟、填土時沒有壓實、存在浸水狀況等，這些都會致使地基結構不穩，出現不均勻沉降。而且如若模板剛度不達標，或是模板支撐之間的距離超出標準范圍，同樣也會出現沉陷裂縫，常見于冬季。沉陷裂縫屬于貫穿性裂縫，沉陷情況影響裂縫走向和寬度。沉陷裂縫不會受溫度變化影響，只要地基趨于平穩，沉陷裂縫也會穩定。

3.4 溫度裂縫

溫度裂縫的形成是因為混凝土內部溫度和外部溫度相差過大，水化熱過高。尤其是在混凝土體積較大時，其內部會存留較多水化熱，并不容易散發，以至于混凝土內部溫度迅速升高，而混凝土表面散熱速度也非常快，外部溫度快速下降，導致內外溫差較大，致使混凝土表面產生拉應力。如若混凝土的抗拉強度無法承受拉應力，便會形成裂縫。

4 水利工程混凝土結構裂縫的有效防治措施

4.1 加強材料控制，提高混凝土抗裂性

在水利工程混凝土施工過程中，混凝土的結構性能受原材料質量影響較大。為防止水利工程混凝土結構出現裂縫，必須加強對混凝土材料質量的管理，盡量減少混凝土水化熱現象。在拌制混凝土時，應當選擇適宜的水泥材料，如使用低熱型的礦渣硅酸鹽水泥，同時，還應合理控制水泥用量，可先通過試驗獲取適宜的配比方案，嚴格按照相關配比要求進行拌制，水泥量一般情況下不可超過450kg/m3。此外，水的含量也應當加以控制，降低水化熱，減少混凝土拉應力。可將活性混合料摻入到混凝土中，有效把控混凝土的最高溫度值，不可超出規定范圍，確保混凝土性能達標。根據實際情況來選擇是否添加減水劑或是粉煤灰，提高混凝土結構。在選擇砂料時，要控制其細度，而且含泥量不可超過1%，碎石針片狀應低于10%。

還應不斷提升混凝土的抗裂能力，嚴格把控混凝土拌制的每一個環節，在減少水化熱的同時，控制骨料的雜質含量，一般要將含砂率控制在40%左右，常見材料有花崗巖、石灰巖等。如需使用速凝劑，需要根據施工實際情況，選擇適宜的型號，避免混凝土收縮量的增加。

4.2 科學設計混凝土配合比，穩定混凝土結構

（1）科學設計配合比。通過試拌確定最終配合比方案。

（2）控制水膠比。增加適量粉煤灰，選擇二級配粗骨料，以確保混凝土性能達標，使之具有較好的抗腐蝕能力，避免出現收縮現象。

（3）嚴格把控水泥溫度。在拌制時，防止其迅速升溫，出現裂縫。

（4）設置鋼筋層。根據施工要求確定鋼筋層厚度，降低結構約束力，從而規避裂縫病害。

（5）避免不均勻沉降。嚴格按照相關規定來執行作業，不可忽視每一個細節，還需要有效改良混凝土構造，將重量控制在適宜范圍內，增強內部結構的同時，提升混凝土外部性能。

4.3 優化施工工藝，管理施工過程

4.3.1 施工工藝的優化

為防止水利工程混凝土出現裂縫，應轉變傳統施工方式，不斷優化施工工藝，規范混凝土施工流程，嚴格落實相關規章制度，保障水利工程混凝土施工質量。可充分利用分塊施工法，包括橫縫分塊、斜縫分塊和豎縫分塊。

此施工工藝順利實施的前提在于科學制備混凝土，確保混凝土拌制質量達標，開展高效的混凝土澆筑作業，有效把控混凝土體積。實施混凝土澆筑作業時，中間相隔時間不可超出規定范圍，而且要及時進行散熱處理，避免下層混凝土溫度過高。

若采用斜層澆筑方式，應控制澆筑層的厚度，無論是過厚還是過淺，都會影響混凝土澆筑施工質量。

若水利工程施工所在區域的河道較長，可以選擇分塊間隔澆筑法。這種方式有利于控制混凝土收縮性能，避免其出現干縮型裂縫。

4.3.2 加強施工過程管理

加強對水利工程混凝土施工過程的管理，實施全面、全過程管理措施。

①在實施混凝土澆筑作業前，需要先關注近期天氣狀況，一般來說要盡量避免在高溫或是溫度驟降的天氣進行澆筑作業，如若無法規避天氣因素，出現暴曬、多風等狀況，應做好相應防范措施，適時遮擋，將溫度控制在適宜范圍內。

②為避免混凝土施工中出現沉縮裂縫，可以實施二次振搗法，在混凝土初步凝結后再對其進行二次振搗，使之液化，減少粗骨料中的水膜，以免存在過多的收縮量，影響混凝土質量。另外，泵送混凝土一定要實施二次振搗，如此才能保證施工質量。

③為避免混凝土出現塑性收縮裂縫，需開展大面積的抹光施工，充分利用機械收光機進行作業，使混凝土保持平整，增強混凝土的表面強度，終凝之前還需要人工二次抹光。

4.4 加強溫度控制，做好養護工作

為提高水利工程混凝土施工質量，防止裂縫的出現，應當加強溫度控制工作，具體需做到以下幾點。

（1）要控制混凝土的發熱量，科學配制配合比。可采用普通硅酸鹽水泥，如若條件允許也可使用低熱硅酸鹽水泥，此種水泥有一定的微膨脹效果，能降低水泥的溫度，減少水化熱。

（2）合理把控水泥原材料的含量。在設計階段，需要以滿足施工要求為前提，優化施工方案，選擇適宜的骨料級配，并利用外加劑提升混凝土強度。

（3）控制出料口溫度。春季和秋季是開展混凝土澆筑施工的最佳季節，夏季應在晚上進行混凝土澆筑施工，規避溫度較高的時間段。在拌和混凝土時，可適當增添冰水進行降溫，需預冷處理骨料，可搭建涼棚，應用地下水拌和。通常來說，春季或夏季施工，混凝土澆筑溫度不可超過20℃；秋季或冬季施工，溫度必須達到15℃以上。

（4）重視混凝土散熱工作。將水管預埋于混凝土內部，利用循環冷水達到降溫目的，避免混凝土內外溫差過大，產生溫度裂縫。

（5）做好混凝土養護工作。混凝土養護作業一般開始于混凝土澆筑施工工序后，有效的混凝土養護工作能防止混凝土出現裂縫，強化混凝土強度。要根據施工要求和混凝土表面強度的實際情況，制定適宜的混凝土養護方案。通常養護時間不可低于28d。如果采用的是低塑性混凝土，除了灑水保持混凝土表面濕潤性之外，還應對其進行保濕處理，需要注意的是，混凝土澆筑施工2h之后，就必須進行灑水處理。如遇到高溫或大風天氣，則要遮擋混凝土，以免因為蒸發而產生裂縫。可采取覆蓋保養的方式來做好隔熱、保溫工作，保障混凝土強度。

4.5 實施有效的混凝土裂縫處理技術

若水利工程混凝土已經出現裂縫，應實施有效的混凝土裂縫處理技術，防止裂縫面積越來越大，影響混凝土結構的穩定性。常見的處理技術有以下幾種，可根據實際情況進行選擇。

（1）表面處理法。如果沒有漏水，未深入到鋼筋表面的裂縫，可以通過表面涂抹法進行處理；如大面積漏水或是出現蜂窩麻面狀況的裂縫，則需要進行表面貼補處理，以做好防滲工作。

（2）填充法。一般適用于具有一定寬度的裂縫，這種方式是直接往裂縫中填充修補材料，施工簡便，花費的修補成本也較低。若裂縫寬度小于0.3mm、較淺或存在填充物，應開V形槽后再填充，效果會更好。

（3）灌漿法。灌漿法的適用范圍較廣，無論是小裂縫，還是較大的裂縫，都可以通過這種方式進行修復，而且可以取得不錯的修復效果。主要是通過壓送設備將補縫漿灌入裂縫中，使之形成閉塞。

5 結語

綜上所述，加強對水利工程混凝土結構裂縫的研究，改進傳統水利工程混凝土施工方式，可以規避水利工程混凝土結構裂縫的出現，保障水利工程混凝土質量，改善混凝土性能，從而推動水利工程的可持續發展，實現水利工程經濟效益最大化，提高其安全性。