水利工程混凝土结构裂缝成因及其防治措施

2021-01-12李加顺

散装水泥 2021年5期

李加顺刘丽

（云南省水利水电科学研究院，云南昆明 650228）

1 引言

近年来，随着我国社会经济的高速发展，水利工程也随之蓬勃发展，取得了显著成绩，受到人们广泛关注。水利工程在迎来新机遇的同时，也面临着一系列挑战，要在日益激烈的市场竞争中占有一席之地，必须加强对水利工程建设的管理，尤其要重视水利工程混凝土结构的质量，以提高水利工程混凝土性能，满足整个工程的实际需求，为人们的生产生活带来更多便利。

2 水利工程混凝土结构裂缝形成的影响因素

2.1 温度影响

在进行混凝土施工时，水泥会产生一定的水化热，内部温度会随之上升，产生较大拉应力，后期降温时又会受混凝土内部约束，如若混凝土抗裂能力或抗变形能力不足，便会产生温度裂缝。

2.2 湿度影响

一般情况下，大部分混凝土内部湿度不会发生过大变化，但混凝土表面湿度受外界影响会发生较大变化，如若在后期养护工作中未采取有效保湿措施，容易致使混凝土表面发生干缩变形，出现裂缝。

2.3 混凝土自身性能影响

混凝土属于脆性材料，在进行配制和拌和时，需根据水利工程施工要求进行科学配比，找到最佳的配合比方案。如若无法合理搭配原材料，会致使混凝土出现离析现象，各部位强度不同，容易产生裂缝。

2.4 施工影响

（1）在进行混凝土施工时，如若不能有效把控好每一个施工环节，便会影响混凝土质量。如在浇筑和振捣混凝土时，振捣速度过快，或是振捣不到位，都会影响混凝土的密实性，致使其出现裂缝。

（2）在进行混凝土抹面处理时，没能达到规定要求，容易造成混凝土裂缝。

（3）忽视混凝土养护作业，也会影响混凝土质量。

3 现阶段水利工程混凝土结构裂缝的类型

3.1 干缩裂缝

在水利工程混凝土施工中，容易出现干缩裂缝。这种裂缝通常出现在混凝土养护阶段，常见于养护两周后。当混凝土受外界环境影响后，表面水分迅速流失，导致混凝土变形；当混凝土内部湿度未发生较大变化时，其变形程度较小。混凝土表面出现干缩变形后，受内部约束产生拉应力，从而形成干缩裂缝。干缩裂缝的宽度一般在0.05～0.2mm之间，呈现网状或平行线状，深度较浅。其危害有：容易导致渗水、腐蚀混凝土内部钢筋、降低混凝土的承载能力、难以保障混凝土结构的稳固性。混凝土干缩程度受诸多因素影响，如水泥含量、水灰比、集料和外加剂用量等，需从多方面加以把控和预防。

3.2 塑性收缩裂缝

在混凝土浇筑施工后，如若混凝土凝结前表面水分未得到有效控制，出现迅速失水状况，则会引发塑性收缩裂缝。塑性收缩裂缝的形成和混凝土施工阶段的气候环境有一定关系，混凝土施工中遇到大风、干热天气时，容易产生塑性收缩裂缝，一般呈现中间较宽、两端较细的状况。塑性收缩裂缝的长度在20～30cm左右，较长的裂缝可达到2～3m，宽度基本在1～5mm范围内。导致混凝土出现塑性收缩裂缝主要原因是在混凝土浇筑阶段，终凝时强度未达到规定标准，出现高温、大风等天气，致使混凝土表面水分快速蒸发，混凝土中的毛细管呈现较大压力，体积发生收缩，混凝土强度难以抵抗这种收缩力，从而开裂。除此之外，也和混凝土水灰比、凝结时间、相对湿度等因素有关。

3.3 沉陷裂缝

沉陷裂缝是水利工程混凝土施工中常见的一种裂缝类型，主要原因在于混凝土结构地基强度和硬度不符合施工要求，土质松软、填土时没有压实、存在浸水状况等，这些都会致使地基结构不稳，出现不均匀沉降。而且如若模板刚度不达标，或是模板支撑之间的距离超出标准范围，同样也会出现沉陷裂缝，常见于冬季。沉陷裂缝属于贯穿性裂缝，沉陷情况影响裂缝走向和宽度。沉陷裂缝不会受温度变化影响，只要地基趋于平稳，沉陷裂缝也会稳定。

3.4 温度裂缝

温度裂缝的形成是因为混凝土内部温度和外部温度相差过大，水化热过高。尤其是在混凝土体积较大时，其内部会存留较多水化热，并不容易散发，以至于混凝土内部温度迅速升高，而混凝土表面散热速度也非常快，外部温度快速下降，导致内外温差较大，致使混凝土表面产生拉应力。如若混凝土的抗拉强度无法承受拉应力，便会形成裂缝。

4 水利工程混凝土结构裂缝的有效防治措施

4.1 加强材料控制，提高混凝土抗裂性

在水利工程混凝土施工过程中，混凝土的结构性能受原材料质量影响较大。为防止水利工程混凝土结构出现裂缝，必须加强对混凝土材料质量的管理，尽量减少混凝土水化热现象。在拌制混凝土时，应当选择适宜的水泥材料，如使用低热型的矿渣硅酸盐水泥，同时，还应合理控制水泥用量，可先通过试验获取适宜的配比方案，严格按照相关配比要求进行拌制，水泥量一般情况下不可超过450kg/m3。此外，水的含量也应当加以控制，降低水化热，减少混凝土拉应力。可将活性混合料掺入到混凝土中，有效把控混凝土的最高温度值，不可超出规定范围，确保混凝土性能达标。根据实际情况来选择是否添加减水剂或是粉煤灰，提高混凝土结构。在选择砂料时，要控制其细度，而且含泥量不可超过1%，碎石针片状应低于10%。

还应不断提升混凝土的抗裂能力，严格把控混凝土拌制的每一个环节，在减少水化热的同时，控制骨料的杂质含量，一般要将含砂率控制在40%左右，常见材料有花岗岩、石灰岩等。如需使用速凝剂，需要根据施工实际情况，选择适宜的型号，避免混凝土收缩量的增加。

4.2 科学设计混凝土配合比，稳定混凝土结构

（1）科学设计配合比。通过试拌确定最终配合比方案。

（2）控制水胶比。增加适量粉煤灰，选择二级配粗骨料，以确保混凝土性能达标，使之具有较好的抗腐蚀能力，避免出现收缩现象。

（3）严格把控水泥温度。在拌制时，防止其迅速升温，出现裂缝。

（4）设置钢筋层。根据施工要求确定钢筋层厚度，降低结构约束力，从而规避裂缝病害。

（5）避免不均匀沉降。严格按照相关规定来执行作业，不可忽视每一个细节，还需要有效改良混凝土构造，将重量控制在适宜范围内，增强内部结构的同时，提升混凝土外部性能。

4.3 优化施工工艺，管理施工过程

4.3.1 施工工艺的优化

为防止水利工程混凝土出现裂缝，应转变传统施工方式，不断优化施工工艺，规范混凝土施工流程，严格落实相关规章制度，保障水利工程混凝土施工质量。可充分利用分块施工法，包括横缝分块、斜缝分块和竖缝分块。

此施工工艺顺利实施的前提在于科学制备混凝土，确保混凝土拌制质量达标，开展高效的混凝土浇筑作业，有效把控混凝土体积。实施混凝土浇筑作业时，中间相隔时间不可超出规定范围，而且要及时进行散热处理，避免下层混凝土温度过高。

若采用斜层浇筑方式，应控制浇筑层的厚度，无论是过厚还是过浅，都会影响混凝土浇筑施工质量。

若水利工程施工所在区域的河道较长，可以选择分块间隔浇筑法。这种方式有利于控制混凝土收缩性能，避免其出现干缩型裂缝。

4.3.2 加强施工过程管理

加强对水利工程混凝土施工过程的管理，实施全面、全过程管理措施。

①在实施混凝土浇筑作业前，需要先关注近期天气状况，一般来说要尽量避免在高温或是温度骤降的天气进行浇筑作业，如若无法规避天气因素，出现暴晒、多风等状况，应做好相应防范措施，适时遮挡，将温度控制在适宜范围内。

②为避免混凝土施工中出现沉缩裂缝，可以实施二次振捣法，在混凝土初步凝结后再对其进行二次振捣，使之液化，减少粗骨料中的水膜，以免存在过多的收缩量，影响混凝土质量。另外，泵送混凝土一定要实施二次振捣，如此才能保证施工质量。

③为避免混凝土出现塑性收缩裂缝，需开展大面积的抹光施工，充分利用机械收光机进行作业，使混凝土保持平整，增强混凝土的表面强度，终凝之前还需要人工二次抹光。

4.4 加强温度控制，做好养护工作

为提高水利工程混凝土施工质量，防止裂缝的出现，应当加强温度控制工作，具体需做到以下几点。

（1）要控制混凝土的发热量，科学配制配合比。可采用普通硅酸盐水泥，如若条件允许也可使用低热硅酸盐水泥，此种水泥有一定的微膨胀效果，能降低水泥的温度，减少水化热。

（2）合理把控水泥原材料的含量。在设计阶段，需要以满足施工要求为前提，优化施工方案，选择适宜的骨料级配，并利用外加剂提升混凝土强度。

（3）控制出料口温度。春季和秋季是开展混凝土浇筑施工的最佳季节，夏季应在晚上进行混凝土浇筑施工，规避温度较高的时间段。在拌和混凝土时，可适当增添冰水进行降温，需预冷处理骨料，可搭建凉棚，应用地下水拌和。通常来说，春季或夏季施工，混凝土浇筑温度不可超过20℃；秋季或冬季施工，温度必须达到15℃以上。

（4）重视混凝土散热工作。将水管预埋于混凝土内部，利用循环冷水达到降温目的，避免混凝土内外温差过大，产生温度裂缝。

（5）做好混凝土养护工作。混凝土养护作业一般开始于混凝土浇筑施工工序后，有效的混凝土养护工作能防止混凝土出现裂缝，强化混凝土强度。要根据施工要求和混凝土表面强度的实际情况，制定适宜的混凝土养护方案。通常养护时间不可低于28d。如果采用的是低塑性混凝土，除了洒水保持混凝土表面湿润性之外，还应对其进行保湿处理，需要注意的是，混凝土浇筑施工2h之后，就必须进行洒水处理。如遇到高温或大风天气，则要遮挡混凝土，以免因为蒸发而产生裂缝。可采取覆盖保养的方式来做好隔热、保温工作，保障混凝土强度。