水闸混凝土裂缝与防控措施探讨

2020-11-29蔡承明中交水利水电建设有限公司

珠江水运 2020年21期

◎ 蔡承明中交水利水电建设有限公司

1.引言

水闸是一种低水头水工建筑物，主要的功能是挡水和泄水。在我国，水闸通常是建设在河道、渠系和水库岸边。根据史书记载，我国建造水闸的历史可以追溯到公元前6世纪。水闸主要是建设在平原地区，大多为河流的出入口位置，但是这些地区通常是软土地基，在这些地区进行建造很容易造成水闸开裂。通过数据统计发现，大部分的水闸都存在不同程度的裂缝。横沙东滩圈围（八期）水闸工程位于长江口地区，根据工程勘察成果，35m深度范围内的地基土为粉砂和淤泥质黏土，当地属于亚热带海洋季风气候，降雨充沛，水闸主要采用现浇钢筋混凝土结构，因此，加强对裂缝防控的研究十分必要。

2.水闸裂缝的形成与主要原因

目前，我国的水利工程建设水平已经处于世界领先地位，同时随着我国科学技术的不断发展，相关技术不断完善，施工人员的技术水平不断提升，某种程度上可以降低水闸开裂的概率。但是由于混凝土本身的温度变化导致的裂缝是难以避免的，其机理十分复杂，并且开裂的概率和混凝土的材料也存在关系。混凝土中的胶凝材料在浇筑时会发生水化，导致其会释放大量的热，使得混凝土的温度出现不均的状况，这种短时间的温度不均和温度变化则会引起裂缝。

水闸发生裂缝的位置主要是底板和墩墙，导致水闸建筑物出现裂缝的主要原因有以下几点：第一，水闸本身的结构存在问题；第二，基础处理不善导致后期出现裂缝；第三，水闸自身温度变化过大导致出现裂缝；第四，施工质量监管不严密；第五，运行期间，水闸超载运行。

3.水闸裂缝产生机理

导致水闸混凝土出现裂缝的机理主要有以下几点：第一，由于基础对底板或者是底板对墩墙产生很大的约束，这个时候出现较大的拉应力，使得混凝土出现开裂的情况。第二，如果在混凝土龄期较短时发生寒潮或者是昼夜温差大的情况，那么混凝土的表面则会形成温度梯度，从而出现温度裂缝。第三，混凝土振捣完毕之后，水泥会慢慢的凝结、降温，导致混凝土干缩，从而出现混凝土表面开裂的情况。第四，混凝土中所含有的各种化学元素会导致其体积出现变化，水泥水化反应需要消耗大量的水，导致混凝土体的相对湿度降低，体积减少，表面出现开裂的情况。

4.水闸裂缝的危害

4.1 出现渗漏

在水压力作用下，混凝土表面的裂缝很容易出现渗漏，渗漏使得裂缝不断加深和加宽。同时，这些水会使水泥中的氢氧化钙出现溶解，而溶解的氢氧化钙会使水泥水化物出现水解的情况，这些水泥中物质的变化则会导致混凝土结构出现问题，数据调查发现，导致裂缝的原因其中约一半都是由于渗漏产生的。

4.2 降低混凝土的抗腐蚀能力

混凝土腐蚀的情况主要包括三种，以下将一一介绍：

第一，溶蚀型腐蚀。溶蚀型腐蚀主要是由于在水泥的水化过程中产生氢氧化钙等物质，在有裂缝的情况下，水会渗入其中，然后这些物质就会被水带走，从而导致混凝土结构遭到破坏。

第二，盐酸腐蚀和镁盐腐蚀。这两种腐蚀方式所生成的产物是没有凝胶性的，并且这些产物非常容易被分解。通常，水通过裂缝对这些产物的影响很大，导致最终裂缝情况越来越严重。

第三，结晶膨胀型腐蚀。混凝土由于受到硫酸盐的影响，在裂缝中会形成一种溶解度较低的新物质，这种物质逐渐积累，将在裂缝中产生很大的应力，使得混凝土结构受到影响。裂缝的存在无形中会使得混凝土结构受到损伤，加之空气的影响，混凝土的抗腐蚀能力会急剧降低。

4.3 导致钢筋受到腐蚀

钢筋混凝土中水泥的水化会产生大量的氢氧化钙，水和氢氧化钙混合在混凝土的裂缝里形成一种碱性溶液，这种碱性溶液本身是保护钢筋的，在其表面会形成一种钝化膜。但是在空气的影响下，这种溶液的作用会出现变化，当pH值低于10的时候，钢筋的锈蚀速度比较慢；当pH值低于5的时候，钢筋会产生严重的腐蚀，锈蚀层所产生的膨胀内力若持续增大，混凝土表面则随之出现裂纹，这反过来又进一步加重了钢筋锈蚀的程度。

4.4 影响混凝土结构的稳定性

裂缝的存在将会对混凝土结构稳定性产生直接的影响，轻则只会影响到建筑物的外观以及耐久性，但是长期以往，如果裂缝不断出现，严重时可能会出现贯穿性的裂缝，使得建筑物完全被破坏。

5.水闸裂缝防控措施

5.1 混凝土材料的选择

有效的防裂措施能够较好的防止混凝土裂缝的发生以及扩展。因此，在防止混凝土裂缝方面，我们主要从混凝土材料的选择以及减少胶凝材料的用量方面实现。例如，在混凝土材料的选择上我们采用低热水泥以及选用热学性能好的骨料，水泥中的矿物质不同将导致发热量不同，同时混凝土的热学性能主要取决于矿物性能。为减少胶凝材料的用量，我们可以向混凝土中添加混合料，混合料的添加不仅能够改善混凝土的发热量，同时也能够对混凝土的升温产生很大影响。

5.2 混凝土浇筑时间

在对水闸进行浇筑的时候，尽量避免高温季节和严寒季节进行施工。水化反应是一个放热反应，加之混凝土的导热性不好，如果是在高温季节进行浇筑，其内部的热量不仅很难散发出来，混凝土表面由于受到环境的影响温度也会很高，所以浇筑的时候尽量要避免在夏季的中午进行，可以根据气温的具体情况，选择温度较低的夜晚进行施工，减少裂缝的出现。严寒季节进行浇筑，则水泥的水化作用会发生的十分缓慢，凝固时间相应的增长。如果温度降低到0℃以下，水化反应可能不能完全进行，从而会损害混凝土的性能。

5.3 混凝土温控

在混凝土的温度控制方面常见的几种措施主要是降低混凝土入仓时的温度以及控制温升的幅度。降低混凝土入仓时的温度可以采用水冷的方法或者风冷法对混凝土的骨料进行预冷，降低骨料的温度。在控制温升幅度方面我们采取在混凝土中埋设冷却水管的方法，冷却水管要结合冷却的时间、水管的材料、水的流向以及管长等多因素结合进行考虑。

5.4 改善约束

改善约束是减少水闸出现裂缝的最有效的手段，主要可以从以下几个方面来进行加强。第一方面为合理分缝分块，在设计阶段就有计划的将一些大块的混凝土利用纵缝和横缝来进行分割，防止后期出现裂缝。第二方面为控制浇筑的厚度和层间的间歇时间，保证混凝土有足够的时间散热。第三方面是采用吊空模板技术，通过闸墩混凝土分期浇筑来更好的降低底板对于闸墩的约束。

5.5 后期养护

混凝土后期养护的效果也会影响到裂缝的出现。在混凝土浇筑工作完成后，需要保证其在一定时间内处于适宜的温度和湿度环境中，这样才能保证混凝土更好的硬化，而能够满足其处于适宜的温度和湿度的最好措施，就是混凝土的养护。混凝土养护所需要考虑的因素主要有：温度、湿度以及时间。水化反应受到温度的影响比较大，在夏季，由于温度比较高，水分蒸发强烈，水化作用会受到影响，同时加之毛细管力的作用，混凝土很容易出现开裂，所以这个时候就要加强对湿度的控制。当温度比较低的时候，可以选择一些保温材料对其进行覆盖。