水利工程施工中控制混凝土裂縫的技術分析

楊 浩，向官清，黃陽榴，何振劍，吳偉州

（中建五局土木工程有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

水利工程的建設與國計民生息息相關，只有不斷加強對水利工程項目的質量監督和管理，并將嚴格的監管深入到項目的各個環節之中，才能為水利工程施工質量和施工水平的提升提供保障。其中，混凝土施工是水利工程施工中的一個重要環節，對水利工程混凝土施工中產生的一些裂縫問題，施工人員應當積極地、及時地予以解決，并緊抓施工重點，確保施工能夠按時、高質量完成。

1 水利工程施工中混凝土裂縫類型

1.1 收縮裂縫

混凝土收縮有多余水分蒸發的干縮和體積減小的凝縮兩種，實際工程中85%都為干縮，此外還有自生收縮和碳化收縮。混凝土硬化時發生從外到內的干燥，該過程將形成內部小、外部大的不均收縮，當抗拉強度不足以抵抗表面收縮受到約束產生的拉應力時就會形成收縮裂縫。施工環境較干燥時表面水分蒸發快導致變形加快，一般會產生兩端細長、中間較寬的塑性裂縫。如在混凝土凝固過程中，外部水分蒸發較快，而內部水分蒸發較慢，則會導致混凝土出現收縮裂縫。在混凝土結構變形過程中，一旦外部變形產生的應力，超出了內部結構的承載能力，將會導致收縮裂縫的出現，影響工程整體質量[1]。

1.2 沉陷裂縫

在混凝土結構澆筑過程中，如果基礎位置出現沉陷，將會影響混凝土結構的穩定性，造成混凝土結構面臨著沉陷的風險，在沉淀部位出現拉伸裂縫，導致混凝土的結構性質發生變化，既影響混凝土的結構完整性，又會導致混凝土結構出現沉陷式裂縫，從而增加了混凝土施工難度并易出現各種問題，不利于混凝土施工的有序進行。從當前混凝土施工來看，沉陷式裂縫的出現反映出澆筑位置的薄弱，在施工中既要掌握基礎結構的施工情況，又要在施工中了解沉陷式裂縫的缺陷及危害，做好裂縫的防治。因此，制定科學的應對措施，解決沉陷式裂縫缺陷，對混凝土結構的增強、混凝土結構沉陷式裂縫的消除具有重要影響，在混凝土結構裂縫的防控中需要以此為基礎細化混凝土結構的施工措施。

1.3 溫度裂縫

硬化期間，混凝土施工量較大、固結時間較長的工程若具有較快的施工速度，不能快速消散水化熱將導致結構內部溫度高于表面溫度。結構內、外部溫差變大勢必會引起變形，當抗拉強度不足以抵抗變形受到約束產生的拉應力時，就會導致溫度裂縫的出現。隨溫度的改變溫度裂縫會合攏或擴張，并且可以分為截面均勻溫差、內外溫差、上下溫差等裂縫類型[2]。

2 水利工程施工中混凝土裂縫成因

2.1 原材料質量與化學反應

混凝土質量在很大程度上取決于原材料的質量，所以要對外加劑、摻合料、砂石、水泥等質量實行嚴格控制，確保各項材料符合要求；此外，對水泥的儲存環境和時間要引起重視，水泥質量受長時間儲存影響可能會降低混凝土的強度。混凝土裂縫的形成還與化學反應密切相關，溫度升高時堿骨料反應生成的硅酸凝膠開始膨脹，隨后溫度下降產生熱脹冷縮，導致裂縫的形成。

2.2 施工過程不規范

施工過程不規范也是引起混凝土產生裂縫的原因。例如，在實際施工過程中，不按照施工條件及時調整施工配合比，或是在施工現場為了施工便利，擅自改變施工配合比（如隨意加水），則會因為水分蒸發而產生早期裂縫；混凝土未達到設計強度便拆除模板，使混凝土過早暴露于空氣中，導致混凝土表面水分散失加快，如果養護保溫工作不及時，混凝土水化熱極易造成混凝土內部空隙增大，進而產生裂縫；冷卻水管通水時間及水溫達不到設計要求，使得混凝土內部溫升得不到有效控制，也會增加裂縫產生的概率；混凝土澆筑過程中，振搗方式不得當而未取得有效的振搗效果，導致混凝土出現離析現象，則表面浮漿會因水分的快速流失而出現干縮裂縫。

2.3 施工技術問題

水利工程中混凝土施工應采取有效的施工技術措施調整施工方法，提前對結構的抗剪切情況進行調查，并采取有效的應對措施予以優化，使結構的抗剪切能力得到加強。施工技術對混凝土結構的穩定性及混凝土的抗檢及能力有直接影響，在施工技術的選擇、施工工藝的優化及施工過程的具體落實方面應達到施工要求，圍繞施工的具體情況做好施工管理工作。剪切裂縫主要與施工技術的選擇有關，在施工中只有制定合理的施工方法并提高施工工藝的優化程度，才能有效避免剪切式裂縫出現，提高混凝土施工質量。水利施工中混凝土剪切式裂縫的防治必須從施工技術的應用環節入手，確保施工技術達到優化要求，解決施工質量問題，確保剪切式裂縫在防治過程中取得實效[3]。

2.4 養護不到位

混凝土可以吸收大量水分，屬于吸水性較強的水利材料，在混凝土達到一定濕度后才可以固化。為此，在混凝土固化過程中，則需要開展合適的養護工作，保證混凝土獲取一定的水分，將混凝土內外部的溫度差進行合理控制。在溫度、水分、濕度等要素得到有效控制后，則可以保證混凝土的固化質量。在實際水利工程建設過程中，由于混凝土養護工作開展不到位，使得混凝土固化質量，無法達到驗收標準，嚴重影響到水利工程的整體運行安全性。

3 水利工程施工中控制混凝土裂縫的技術

3.1 原材料控制

施工現場應強化對混凝土原材料的質量控制。之所以要加大對原材料的監督和管理力度，是因為通過這種方式，能夠確保整個項目工程的質量得到保障。同時，就混凝土原材料來說，其質量將會直接影響到混凝土的結構，因此，當混凝土建設材料骨料吸水率較高時，可以通過減少材料當中的水泥泡沫等方式，有效對混凝土自身收縮率進行降低，提高工程建設穩定性。除此之外，還可以通過提高這類材料級配等方式，在混凝土中加入具有超塑性的材料或粉煤灰，有效降低混凝土施工過程中所產生的水化熱，減少混凝土當中其他材料的摻量，保證工程施工穩定。通過對固化土中水的適量添加，不僅能夠有效減少混凝土自身材料收縮，同時還能保證混凝土濕潤，滿足實際工程建設需要。還可以通過往混凝土材料中加入高效能減水劑等方式來提高混凝土材料密度，提高材料抗聚合物性能，并進一步減少混凝土材料裂縫的出現，在進行混凝土材料配合比例規劃時，應首先結合工程實際情況考慮工程施工建設水平以及澆筑過程，結合工程施工結構進一步分析，確定混凝土出現問題的原因，深入施工建設現場，對施工建設現場的整體情況進行科學調整，并進一步根據現場實際施工情況，確定混凝土材料配合比，提高整體工程建設質量[4]。

3.2 改善結構設計

在進行實際工程施工時，如何根據上述工程問題提出合理的混凝土裂縫控制措施，解決工程施工過程中的實際建設問題，是當下最重要的問題之一。要想從根本上減少建設過程中混凝土結構出現施工裂縫的可能性，不僅需要通過進一步提高工程施工質量來改善，同時還可以進一步改善工程項目整體施工結構和模式來實現對混凝土施工結構的質量控制，例如在進行實際工程建設和工程水利設計中，應當盡可能選用中等強度或低強度的環境材料進行建設，避免混凝土材料強度過高而導致的混凝土材料開裂的可能性，在實際水利過程中，應當進一步避免增加混凝土材料頂蓋表面的鋼筋數量來提高混凝土整體的工程建設強度，從而導致混凝土強度過強而出現的混凝土開裂問題，因此建設開工時，應當進一步制定合理有效的施工計劃，改進鋼筋的使用模式來阻止整體裂縫的產生。增加混凝土整體物理性質，降低混凝土施工過程中開裂的可能性。

3.3 溫度合理控制

在水利工程施工時，要注重應用溫度裂縫防治措施，避免出現嚴重的溫度裂縫問題。①混凝土的配料對于防治混凝土產生溫度裂縫具有積極的意義，因此需選擇合適的混凝土配料。通過在配比混凝土的過程中加入混合料，可降低混凝土裂縫發生的風險，其中可加入引氣劑、塑化劑等。這樣既可以避免出現裂縫，又可以保障水利工程施工效果。②為防止水熱化引起混凝土內部溫度快速升高問題的發生，可以采取降溫處理措施。一方面，可以在拌和混凝土時在水中加入冰塊；另一方面，可以在攪拌碎石時提前進行冷卻，以避免出現裂縫。③在夏季開展混凝土澆筑工作時，需要減小澆筑厚度，同時將冷卻管放入其中，以便對其推進降溫處理。通過采取以上措施，就容易平衡混凝土結構內外部溫度，降低混凝土裂縫的發生概率。④氣溫驟降容易對混凝土結構造成不良影響，施工單位需提前了解天氣溫度，及時對混凝土開展保溫處理工作。⑤因季節溫差引發的裂縫常為容易暴露的部分，比如在上墻處就易出現裂縫，因此需要針對工程暴露的部分開展隔熱或者保溫處理，避免局部溫度過高或者過低問題的出現[5]。

3.4 加大對添加劑的使用

水利工程施工建設中一些有經驗的混凝土澆筑工作人員會在以往的實踐過程中，挖掘出預防、控制混凝土裂縫的全新策略，就是加大對添加劑的使用程度。通過對減水防裂劑的合理使用是防止混凝土出現裂縫的有效對策，減水防裂劑的使用能夠在一定程度上減少混凝土的用水量，還能是混凝土的收縮功能有所提高，改善水泥漿的黏稠度，避免水利工程中混凝土出現沉縮變形的情況。不僅如此，減水防裂劑還可以實現混凝土抗拉強度的增加，使混凝土本身的抗裂性能得到顯著的增強。有些添加劑可以對混凝土的密實度加以改善，提高混凝土的抗碳化性。貫穿性混凝土裂縫時水利工程施工建設過程中最為嚴重的一種裂縫問題，要想將其進行有效的改善，就應該做好預防和控制工作，提升混凝土的性能，尤其是抗裂水平，確保混凝土的整體質量，進而為水利工程的整體質量提供保障。

3.5 科學控制施工工藝

施工工藝影響著施工水平及混凝土裂縫問題的發生情況，為此需要嚴格控制施工工藝。采用凈漿裹石攪拌新工藝提升混凝土材料的質量，防止水分朝向石子與水泥砂漿界面集中，增強印花界面過渡層的結構致密性，提高混凝土抗壓強度。研究發現，應用這種工藝可以將混凝土抗壓強度提升到原來的10%以上，這對于降低混凝土裂縫發生概率具有積極意義。此外，通過使用凈漿裹石攪拌新工藝還可以節約水泥，減少施工成本。其中，可節約原來水泥用量的7%。除此之外，將二次振搗工藝應用在工程建設之中，并嚴格控制二次振搗工藝，把水泥種類、氣溫、水灰比、坍落度等作為依據，明確二次振搗工藝的推進時間，防止產生接頭問題。通過順利推進二次振搗工藝，提高混凝土材料的抗壓強度，抗壓強度的增長率在10%～20%。

3.6 加強混凝土養護工作

混凝土養護通常被定義為施工后的混凝土保養，實際在混凝土施工的過程中一旦發生裂縫顯現也是需要施工人員及時修復補救的。這樣的補救可隨時進行，不會耽誤很長的施工周期。相比而言，混凝土施工后的裂縫修復就比較復雜，因此需要施工人員在施工后的養護方面要注意細節。根據上文所提的幾種裂縫類型可知，混凝土裂縫主要在于施工后混凝土內外干涸不均，即受外界溫度影響較大所致。因而除了在調配過程中把握混凝土材料比例、控制其凝固時間外，還要對其后期凝固溫度展開調控，最常見的是將澆筑時間定在溫度較低的夜間，或在白天對混凝土進行遮蓋，以此減少溫度過高和日曬所帶來的表層干涸、裂縫現象[6]。

4 結語

綜上所述，水利工程施工環境復雜多變，施工周期長，對于施工人員的技術、管理水平有著較高的要求。若要進一步提高水利工程的施工質量，則需要施工人員從設備配置到人員管理再到具體施工均須做到謹慎與完善。尤其針對混凝土的開裂現象，管理人員必須抓好施工現場的流程管理，引進成熟的施工技術，通過層層把關，實現對施工質量的保障，從而讓混凝土施工從材料采購到配比再到溫度、時間的控制都達到標準，從而實現對混凝土裂縫現象的治與防。