探析水闸工程施工期混凝土裂缝控制

2020-08-30李灿阳

建材与装饰 2020年24期

李灿阳

（广州市南沙区磨碟头工程管理所，广东广州 510000）

1 水闸工程施工中混凝土裂缝出现的原因

水闸是主要由闸墩和底板两个部分组成的水工混凝土结构，呈现倒T字型。闸墩的底部会受到闸底板的约束，上部可以进行自由地伸缩。闸墩裂缝往往以枣核状呈现，为顺直向，中间部位比两端大，裂缝不断向上发展。通常，都会出现于施工阶段混凝土表面，之后逐步扩至内部。因墩墙宽度较小，过窄，裂缝很容易贯穿整个墩墙，导致贯穿性裂缝的产生。相比墩墙裂缝，底板裂缝具有诸多相似性，多属于沉陷裂缝，受沉陷情况影响，其走向可能向上，也可能向下，通常垂直于地面，或存在45°角。据大量工程实践可见，水闸工程中产生混凝土裂缝的原因主要具有以下几个方面：①底板受到基础的约束比较大，或底板对墩墙约束较强，导致拉应力过大等现象的出现，从而导致混凝土产生裂缝；②混凝土的龄期比较早。由于温差比较大，或冷空气来袭，很容易在混凝土的表面产生比较大的温度梯度，导致温度裂缝的产生；③完成混凝土振捣施工后，水泥逐步固结、硬化，在空气中混凝土水分渐渐蒸发，从而出现混凝土干缩，产生湿度变化梯度，出现裂缝；④在混凝土的内部存在自生的体积变形。由于水泥的水化作用，水分消耗极快，导致水泥用水量缺乏，引起自干燥现象，致使混凝土的相对湿度大大减少，体积收缩，进而出现裂缝。除上述因素以外，因水闸工程施工复杂，设计不合理、施工控制措施不到位等都会出现开裂问题，为此，必须重视裂缝问题，采取切实可行的预防措施，全面提高工程质量。

2 水利施工中混凝土裂缝的危害

2.1 出现渗漏

水闸若出现混凝土裂缝现象，极易产生渗漏水情况，其形成原因在于两点：①在压力水作用下，裂缝将进一步扩展；②当水渗入到混凝土的内部后，会导致水泥中的部分Ca（OH）2发生溶解，导致水泥的水化物发生水解的现象加快。据相关数据显示，渗漏在裂缝危害中所占比例最大，可达到60%左右。

2.2 加速混凝土碳化

因出现裂缝，混凝土内部或水泥内的一些水化物极易与空气中的CO2发生作用，形成碳酸钙，即发生混凝土的碳化。当混凝土内同时渗入水、空气，极易锈蚀钢筋。此外，由于混凝土碳化，则会加快混凝土裂缝发展速度，最终破坏混凝土结构。据实验研究表明，当空气内CO2浓度不高的情况下，则混凝土碳化速度很慢，若混凝土密实性较差或出现开裂现象，将加速碳化速度，一般1—2年内完成。

2.3 影响混凝土结构强度与稳定性

对于混凝土结构，开裂最直接的影响在于结构强度与稳定性。一般若为轻微裂缝，则仅仅会对结构的外观造成影响，但不会影响其正常使用功能。若为严重裂缝，如贯穿性裂缝，则会危害结构正常使用情况，甚至破坏结构，导致结构失稳。

3 水闸工程施工期混凝土防裂措施

3.1 控制混凝土浇筑时间

①避开高温季节施工。混凝土内水泥含量多，水泥水化反应的过程属于放热过程，混凝土导热性差，很难消除混凝土内部热量。在高温季节施工，外部具有较高温度，对混凝土散热极为不利，在混凝土早期，极易出现吸热现象，这种情况下将增加混凝土内部温度，为此，混凝土施工，需避开高温季节，选择在较低温度的夜间施工，此外，还应重视混凝土养护，从而避免裂缝产生；②避开严寒季节施工。温度较低条件下，将延缓水泥水化作用，增加混凝土凝固时间。如在21.2℃，需6h达到混凝土凝固；如为4.5℃，需12h达到混凝土凝固，由此可见，伴随混凝土温度增加，混凝土凝固时间将随之减少，具体如表1所示。

表1混凝土凝固时间

3.2 表面保温保湿

在混凝土防裂处理中混凝土养护极为重要。一般在浇灌完混凝土后，只有在温度等条件适宜的情况下，才能进行养护。与其他工程不同，水闸混凝土具有较大裸露面，当温度变化较大的情况下，在施工前期极易产生裂缝问题，随着时间的增加及自然因素的影响，裂缝将持续加深，不断发展，从而影响结构稳定。为此，养护极为关键。对于混凝土表面，通过利用保温保湿覆盖的方式，能够有效减少混凝土结构与周围环境的热量交换以及湿度交换，进而减少表面裂缝发生。需要注意，如果混凝土结构保温效果比较好，则混凝土内部温度会随之升高，达到峰值所需时间也比较长。另外，如果混凝土结构表面保温效果比较好，则混凝土表面散热能力比较弱，在混凝土结构内部所蕴藏的热量比较高，在达到热量产生平衡于散热平衡时所经历的时间比较长。通常情况下，随着混凝土保温性能的增强，混凝土结构内外温差会随之降低，混凝土结构为热的不良导体，因此混凝土结构的热传递速度比较慢，结构表面容易受到保温措施的影响，而内部结构所受到的影响比较小，因此，混凝土结构内外温差较小。

3.3 改善约束

①合理分缝分块。分缝分块是指混凝土通过纵、横缝设置，将其整体划分为若干块柱状结构进行有计划地浇筑。这样可减少混凝土浇筑面积，因水闸体积较大，各个部位所受荷载均不同，极易产生不均匀沉降问题，从而导致开裂。为此，将沉降缝设于不同基岩位置，可有效避免裂缝产生；②控制浇筑层厚度和层间间歇时间。施工阶段，浇筑厚度及层间间歇直接影响散热效果。随着浇筑层厚度的增加，散热效果将会越来越差。因此，应合理控制浇筑层厚度。此外，相比混凝土早期最高温度产生的时间，若间歇时间过大，将不利于新浇筑的上层混凝土防裂控制。基于此，一般可采用短间歇连续均匀上升的方法，且15d以内控制层面间歇时间。

3.4 优化混凝土构件处理技术，优选最佳原材料

施工单位是水利工程施工的主体单位，为有效避免裂缝对水利工程整体质量和性能的影响，施工单位比较对混凝土构件进行科学合理的处理，最大限度避免构件发生断裂而引发应用集中的问题产生。并根据水利工程的实际情况，合理使用大补偿混凝土施工技术，以达到不断强化混凝土强度的目的。研究表明，混凝土裂缝中收缩性裂缝约占75%以上，所以在混凝土配合比时，要适当加入一些膨胀剂来缓解混凝土的收缩应力。同时，水利工程现场施工技术人员还要高度重视混凝土现象，积极学习钢筋构造方面相关知识。

在水利工程实践中，科学选择原材料，能够有效防治混凝土裂缝，提高施工技术。该过程中，要对采购环节进行严格控制，确保水泥质量、型号达标，符合水利工程施工要求。砂石选购过程中，需要对杂质含量进行严格检测，确保水泥、砂石比例科学，达标后才可以应用到具体工程实践中，为水利工程施工奠定良好基础。水利工程建设初期，需要采用专业方法，对原材料质量进行反复核查，了解其性能、用途，监督它的应用过程，使混凝土材料质量得到明显提高，保证水利工程能够顺利进行。

3.5 掺聚丙烯纤维

在混凝土结构硬化过程中，在水泥与骨料的交界位置以及水泥内部会产生大量裂纹，在载荷因素的影响下，在裂纹附近会产生微裂缝区，随着荷载的增加，微裂缝区的裂缝数量也会随之增加。对此，可在混凝土混合料中加入一定量的纤维，阻挡混凝土结构内部裂缝的产生。纤维的直径比较小，可分布在混凝土结构的各个方向，限制裂缝的产生。在纤维材料中，聚丙烯纤维比较常见，其与水泥的结合力较强，能够在混凝土结构内部形成多向支撑体系，减少缓解混凝土塑性收缩以及温降，提升混凝土结构韧性以及抗拉能力。

3.6 设置后浇带

作为施工环节的临时变形缝，后浇带需保留一段时间，随后浇筑混凝土，该临时变形缝就会被抹平、消除，经过一系列操作整个结构就会变为无变形缝结构。设置后浇带是为了消除结构内的永久变形缝，达到建筑物无缝设计。在混凝土防裂施工中，往往需要做到两点，放与抗。①放是指永久伸缩缝等设置，通过此类施工缝设置，可将大部分变形释放，从而降低应力，阻止开裂；②抗是指通过一定预防措施，减小混凝土温度差，避免收缩变形，增强抗拉强度。后浇带防裂措施的应用，正符合上述两点，属于放与抗的有效结合。要求先放后抗，为达到降低温度应力的目的，可将原整体结构分为若干段进行浇筑施工。先通过永久伸缩缝等施工缝设置，将大部分变形充分释放出来，在收缩应力由此降低的基础下，隔一段时间，随后将之前分开的几段进行整体浇筑，连续承受温差、收缩应力，从而实现抗的作用。相比整体一次性浇筑而言，分段浇筑所承受的温差、收缩应力较小，因此可起到防止开裂的作用。