水利工程混凝土裂缝成因及防治措施探析

2021-01-07苏理河

河南建材 2021年10期

关键词：温差水化水泥

苏理河

广西珠委南宁勘测设计院（530007）

在水利工程的施工过程中，混凝土的裂缝会对工程建设质量产生直接的影响，所以，需要针对不同种类型的裂缝成因进行深入的分析，以便有针对性的制订防治方案。

1 水利工程混凝土裂缝类型及产生原因

水利工程混凝土裂缝类型较多，文章主要针对干缩裂缝与温度裂缝进行分析探讨。

1.1 干缩裂缝

干缩裂缝一般是在混凝土养护阶段出现。在混凝土的浇筑过程中，混凝土要将各种材料进行混合，但是化学变化完成尚早，在其后续较长的养护过程中还会不断的吸水，从而导致凝胶、水以及骨料之间产生相互的化合作用，从而形成坚硬的材料。所以，养护本身就属于混凝土结构程序参与的关键性步骤，而不是后续的辅助措施。在投入使用之前出现裂缝，就称之为干缩裂缝。这一种裂缝本身产生的危害较大，会导致混凝土出现脆性变化或者是产生形状的变化，进而导致整体的报废[1]。针对干缩裂缝而言，其产生的主要原因在于水泥品种、混凝土相对应的配合比以及养护条件。通过相关的资料研究分析来看，氯酸三钙的含量较低，并且细度适中，其矿渣含量偏少的水泥品种的干缩较小。基于混凝土的配合比加以分析，混凝土干缩率主要是单位用水量和水泥用量与砂率所决定的。基于比较分析，用水量的影响最为明显。伴随着水泥量、砂率以及用水量的不断增加，也会导致混凝土的干缩率进一步的增加。所以，通过水量偏低的贫水泥混凝土，其砂率相对较低的干硬混凝土，其干缩率较小。同时，也需要考虑到失水养护，以满足干缩发生的有效延缓。

1.2 温度裂缝

针对水利工程而言，其混凝土产生温度裂缝，主要是因为混凝土材料内部温度出现差异及材料特性等原因，在温度变形过程中混凝土受到约束产生拉应力造成的。第一，混凝土内部温度差异出现的原因在于:①外部因素:由于环境温度的差异性，导致混凝土内外部温差较大，从而导致温度裂缝的出现。如某露天建设的钢筋混凝土悬臂式堤防工程，其挡水板暴露于大气空间，基础埋于地下2 m以下，其地面以上混凝土板的温度随气温而变化，范围可达到0℃~45℃,而地下混凝土板的温度一般维持在22℃左右,于是地上地下的混凝土板在不同季节都产生温度差,如果混凝土板的抗拉强度不足将造成温度裂缝。②内部因素:主要是因为在混凝土的浇筑过程中水泥会产生水化热，使混凝土内外散热出现差异，从而导致混凝土的内外温差出现裂缝。第二，材料特性方面的原因在于:因为混凝土本身带有热胀冷缩、抗拉强度低的基本特性，温度高的一部分混凝土，其产生的热膨胀会直接形成压应力，而温度较低的一部分会产生收缩，并且形成拉应力，由于材料抗拉强度不足，收缩部分拉应力大于材料抗拉强度时就会产生裂缝[2]。

2 水利工程混凝土裂缝防范要点

对于水利工程混凝体裂缝的防范，只要做好混凝土原料与配合比的有效控制以及施工养护等各项措施，是可以防范减少混凝土裂缝的产生，满足水利工程的混凝土质量要求的。

2.1 混凝土原料及配合比控制

首先要选用合适的水泥品种。原料的质量是裂缝影响的主要因素之一，在施工过程中，需要根据不同混凝土结构的环境特点，选用合适的水泥材料。如大体积混凝土宜尽量选用水化热低的水泥品种，以减少混凝土内外温差。裂缝控制要求高的混凝土结构宜选用强度高的硅酸盐水泥品种。其次，要做好混凝土配合比的设计。针对混凝土结构的不同功能要求选择合理的配合比，以此来减少裂缝产生。再次，要做好水泥用量控制。最后，外加剂的使用也是混凝土性能得以提升的有效因素，在混凝土之中可以选择添加一定量的引气剂及高效减水剂等，从而降低混凝土的用水量和胶凝材料的用量[3]。

2.2 各种裂缝的防治措施

针对上述出现的各种裂缝类型，需要找到合理有效的防治措施，从而满足混凝土质量的要求。

2.2.1 干缩裂缝防治

为了避免混凝土结构本身出现干缩裂缝，需要做到:①选用干缩较小的水泥品种，如硅酸盐水泥的干缩要低于矿渣水泥。②基于规范要求，做好伸缩缝的合理设置，对于有防水要求的，还需要做好止水措施的设置。③降低水灰比，尽可能减少水泥用量，以此来改善混凝土的性能。④合理的选择配筋率，并且要求配筋率不宜过高，构造筋的设置要求能够均匀的进行分布，避免应急集中从而出现裂缝。⑤混凝土抗拉强度需要适当的提高。在保持一定水泥用量条件下，水灰比的缩小，可以增加抗拉强度，其大于混凝土干缩应力的增加，这样可以满足对于裂缝发展区域的控制。通过早强剂的实用，可以实现早期强度的提升，但是会对应的加大其干缩。所以，还需要基于抗裂安全的提升作为目标，综合的考虑到后续的措施。⑥施工环节，需要确保振捣方法的准确性，要求其密实度达标，并且防范振捣过度。另外，也需要考虑到湿水养护处理，以此来保障养护的质量，将干缩发生的可能性延迟。⑦做好设计构造的完善。通过伸缩缝的合理设置，尽可能减少约束作用，将约束的实际范围缩小。同时，选择小直径的薄壁构件配筋，适当增加布筋的密度，这样也可以实现裂缝发展趋势的有效控制。⑧做好混凝土的科学养护，一般来说，在浇筑12 h之内就需要做好混凝土覆盖处理，并且采取合理有效的保温措施，以此来降低降温过程之中出现的温差，并且将养护时间适当的延长[4]。

2.2.2 温度裂缝防治

在水利工程的混凝土施工环节，需要做好施工温度的有效控制，以此来控制裂缝的产生。

1）降低浇筑温度与水化热。尽量使用低发热量的水泥的，如大坝水泥、矿渣水泥等，这样可以减少水化热所引起的绝热温升；做好骨料级配的合理改善，并且适当的增加大块石，添加一定的混合材料，适当的减少砂率，以满足水泥用量的控制，一般来说，要求其不能超过450 kg/m3，尽可能降低水灰比，一般控制在0.6以下；合理有效的改善搅拌的加工工艺，落实混凝土浇筑温度的有效控制；适当的添加外加剂，改善混凝土拌合物的保水性与流动性，这样有利于分层浇筑的实施，可以降低水化热；尽可能避免夏季施工，杜绝中午浇筑。

2）控制内外温差。针对水利工程的大体积混凝土，需要做好内部冷却管道的设置，通过冷气或者是冷水来做好内部的散热处理，以此来降低内外温差；蓄水养护是目前大体积混凝土结构的有效方式之一。在完成终凝之后，其表面会有一定深度水的续存。由于水本身的导热系数为0.58 W/m·k，能够起到一定的保温隔热，能够降低表面水化热的降温速率，最终实现内外部温差的缩小。

3）注重全过程的混凝土养护。在完成混凝土浇筑之后，要及时使用麻袋、草帘等进行覆盖处理，并且落实洒水养护，尽可能将养护的时间延长，确保表面缓慢的冷却。在寒冷季节，还需要采取有效的保温处理，避免寒潮的袭击。针对坝岸结合的位置，在拆模之后，需要尽快的回填土，避免过大的气温变化产生危害，同时也可以有效延缓降温的速率。

4）合理改善约束条件。混凝土的浇筑应该做好施工工序的合理安排。考虑到大体积混凝土的结构尺寸关联到温度应力，一旦浇筑结构尺寸过大，其温度应力也会对应的提升。所以，就需要采取积极有效的措施来缩小约束范围，并且进行适当的散热，确保自由伸缩能够达到释放温度应力的目的。在孔洞的周围、转角处、断面突变部位等，因为混凝土收缩、温度变化，会有应力集中情况的出现，从而导致裂缝的产生。所以，就可以考虑到增加斜向钢筋；各个块体平行施工，避免相邻的浇筑块过大，侧面出现长时间的暴露；在断面突变位置上，可以局部的处理，并且增加抗裂钢筋。