探析水利工程施工中控制混凝土裂縫的技術

付偉

（貴州仁信建設有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

混凝土是水利工程施工建設過程中常用的施工材料之一，因為混凝土原材料豐富，成本低，且強度高、耐久性好，在一定程度上能保障水利工程施工質(zhì)量和降低施工成本。但是，混凝土容易受到溫度、環(huán)境變化的影響，再加上混凝土施工過程中部分施工環(huán)節(jié)不規(guī)范、施工后混凝土養(yǎng)護不當?shù)?，均會影響或破壞混凝土結構，從而易引發(fā)其產(chǎn)生裂縫問題，不僅會降低混凝土結構的穩(wěn)固性，同時還會影響整個水利工程質(zhì)量，輕則影響水利工程的順利運行，重則會引發(fā)水利工程相關災害問題發(fā)生，從而會阻礙我國民生事業(yè)的健康發(fā)展?；诖耍托枰e極探尋水利工程施工中控制混凝土裂縫技術，預防或降低混凝土裂縫問題的發(fā)生，保障水利工程施工質(zhì)量[1]。

1 水利工程施工中混凝土裂縫類型及其產(chǎn)生原因分析

混凝土裂縫類型主要有以下5 種：①干縮裂縫，混凝土凝固期間需要蒸發(fā)和散熱，這一過程會引起混凝土體積收縮，然而，混凝土凝固前長時間暴露在外，易受到外界環(huán)境的影響，導致其收縮體積和結構發(fā)生一定的變化，形成收縮應力，當混凝土收縮應力超出混凝土極限抗拉強度時，便易導致混凝土產(chǎn)生裂縫。②塑性變形裂縫，塑性變形裂縫指的是因混凝土異常變形而導致的裂縫，導致這種裂縫發(fā)生的主要原因為混凝土未凝固前長時間暴露在外，受外界陽光直接照射、空氣濕度低、空氣干燥等諸多因素的影響，導致混凝土中水分大量流失，從而導致其結構出現(xiàn)塑性變形，這種塑性變形使得混凝土結構強度明顯降低，從而易產(chǎn)生裂縫[2]。③沉降裂縫，沉降裂縫指的是因混凝土內(nèi)部結構出現(xiàn)沉裂所致的裂縫，沉降裂縫的裂紋較寬，會直接影響混凝土結構和工程的沉降量，導致這種裂縫產(chǎn)生的原因有地基不均勻、地基密實程度不高導致混凝土發(fā)生不均勻沉降、地質(zhì)變動導致水利工程混凝土結構層荷載增大等。④溫度應力裂縫，主要是因水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面溫差過大所致，受內(nèi)外溫差的影響，混凝土會發(fā)生熱脹冷縮，而混凝土體積膨脹會產(chǎn)生凍脹壓力，且混凝土微孔中過冷的水遷移還會產(chǎn)生滲透壓力，這兩個附加力作用易破壞混凝土結構，從而易產(chǎn)生溫度應力裂縫。⑤安定性裂縫，指的是混凝土發(fā)生龜裂，導致這種裂縫產(chǎn)生的主要原因為水泥安定性不合格等。

2 水利工程施工中混凝土裂縫的危害

混凝土結構是水利工程壩體結構中最重要的結構之一，當混凝土產(chǎn)生裂縫后，在水利工程水壓力的作用下會導致裂縫進一步增大或擴寬，導致大量水滲透到混凝土內(nèi)部，通過水解破壞作用損壞混凝土結構的穩(wěn)定性和強度，且混凝土出現(xiàn)裂縫后，會導致水和其他物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部造成鋼筋銹蝕，從而會顯著降低混凝土結構的抗拉性，進而會影響混凝土結構和水利工程整體結構的穩(wěn)定性。具體來說，若混凝土重力壩發(fā)生混凝土裂縫，且裂縫達到一定的寬度和貫穿深度，會明顯增加壩體揚壓力，不僅會降低壩體結構的抗震能力和抗滑能力，還會威脅整個壩體的結構穩(wěn)定和安全。若水利工程水庫蓄水發(fā)電和灌溉壩發(fā)生混凝土裂縫，混凝土結構作為壩體的主要擋水結構，出現(xiàn)裂縫后無法發(fā)揮擋水作用，從而會對水利工程蓄水能力造成嚴重影響，如嚴重滲漏而不能蓄水，或形成病險壩。

3 水利工程施工中控制混凝土裂縫技術

3.1 加強混凝土施工原材料質(zhì)量控制

在水利工程施工中要預防和控制混凝土裂縫的發(fā)生，需要施工人員嚴格把控混凝土施工原材料質(zhì)量。水利工程混凝土施工需要的原材料有水泥、砂石、細骨沙、粗骨料、水、外加劑等，最大限度地降低混凝土裂縫的發(fā)生，應盡可能選擇干縮值較小、抗腐蝕能力強、抗?jié)B能力強、抗寒性高、強度高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；砂石宜選用風化顆粒少、含泥量和有害物質(zhì)含量低、強度高的石料，還需注意砂石粒形和級配差，使其與混凝土坍落度漿體用量增加相符，不可增加砂率，以免影響混凝土的穩(wěn)定性；細骨料宜選用質(zhì)量好、強度高以及雜質(zhì)含量少的材料，粗骨料宜選用質(zhì)地堅硬、粒徑大、顆粒含量高、含泥量少的材料；外加劑一般選用高效或高性能減水劑，如聚羧酸減水劑，這種減水劑無須加熱，能耗低，且具有良好的塑性保持能力，在拌制混凝土時加入這種減水劑，不僅能簡化混凝土施工工藝和提升混凝土抗塑性變形能力，還能加快混凝土凝固速度，從而能在一定程度上預防或降低混凝土裂縫的發(fā)生[3]。

3.2 優(yōu)化混凝土原材料配合比設計

選好混凝土施工原材料后，還需遵循“低水泥用量、低用水量、最大骨料堆積密度、適當水灰比”的原則合理設計各類材料的配合比，才能確?；炷琳w質(zhì)量達到水利工程施工質(zhì)量要求。在設計原材料配合比時，施工人員可采集少量的原材料進行試拌，在拌制過程中，盡量減少水泥用量，以降低混凝土溫度升高的速度，從而避免其產(chǎn)生收縮而增加干縮裂縫發(fā)生概率，添加適量的粉煤灰，不僅能提高混凝土的和易性和抗侵蝕性，還能降低其內(nèi)部溫度的升高，從而能避免其內(nèi)外溫差過大而引發(fā)裂縫發(fā)生。在設計混凝土施工原材料配合比時，還需充分考慮混凝土強度高、熱度低以及易受到外界溫度環(huán)境等因素影響的特性，嚴格按照相關規(guī)定及標準做好其配合比控制，盡可能保障配比計量的準確性，這樣不僅能有效保障和提升混凝土施工質(zhì)量，還能預防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

3.3 全面做好混凝土施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制

施工環(huán)節(jié)，要做好混凝土結構施工，避免使用中低強度等級的鋼筋替代高強度鋼筋，以免增加鋼筋的使用應力，從而加大混凝土結構物所受的約束應力而引發(fā)混凝土裂縫發(fā)生。另外，做好混凝土澆筑振搗質(zhì)量控制是提高混凝土施工質(zhì)量的關鍵所在，為保障混凝土構件質(zhì)量，施工人員用混凝土拌和機拌制好混凝土材料后，采用手動式或電動式混凝土振搗器對其進行澆筑振搗，澆筑時需根據(jù)混凝土結構形式選擇合適的澆筑方式，如面積大、長度大、厚度小的混凝土結構可采用分段分層方式進行澆筑，即先澆筑混凝土的最低層，再澆筑第二層，后續(xù)按照從上到下的順序進行澆筑。對于長度長、厚度高的混凝土結構可采用斜面分層方式進行澆筑，即一次性將混凝土澆筑到頂端使混凝斜面形成1：3 的斜面坡度。振搗施工時，每一振動位置的振動時間不宜過長或過短，一般振搗20～30s，振搗時間過長會導致混凝土產(chǎn)生離析，振搗時間過短會導致混凝土振搗不密實，當混凝土表面呈現(xiàn)平坦、乏漿，不再冒出氣泡和停止下陷提示該部位混凝土密實，但是，完成一次振搗后，不少混凝土結構中仍存在粗大骨料、多余的水膜，這些問題的存在會影響混凝土結構強度和穩(wěn)固性，因此，需要進行二次振搗，也即重新對混凝土進行振搗，二次振搗不僅能促進凝土的密實度增強，提高其防滲性，還能有效控制和消除混凝土因沉陷產(chǎn)生的細縫及裂紋等。在施工過程中，施工人員需合理控制混凝土二次振搗時間，距離初次振搗時間間隔不宜過短或過長，過短無法發(fā)揮二次振搗的作用，過長會超出混凝土重塑時間范圍，再次振搗會對混凝土結構產(chǎn)生一定的破壞，從而會降低混凝土質(zhì)量，最佳的振搗時間為混凝土初凝前1～4h。無論是在初次振搗還是二次振搗時，施工人員均需注意觀察混凝土泌水情況，若混凝土泌水量較多，可將適量的粉煤灰加入澆筑材料中，使混凝土水灰比降低，這樣不僅能提升混凝土質(zhì)量，還能預防裂縫的產(chǎn)生。另外，在水利工程混凝土施工過程中，對于孔洞周圍及轉角處等易發(fā)裂縫生部位，施工人員還可預防性布設一些鋼筋斜筋，以分擔部分混凝土的拉應力，防止混凝土拉應力超出極限范圍而發(fā)生裂縫。在進行混凝土中鋼筋保護層施工時，盡可能減少鋼筋保護層厚度，這樣也能降低混凝土裂縫發(fā)生風險。

3.4 控制和減少混凝土發(fā)熱量

首先，為控制和減少混凝土發(fā)熱量，施工人員可使用低發(fā)熱量的水泥進行混凝土施工或減少每立方米混凝土的水泥用量，也可根據(jù)水利工程不同的應力場對施工部位進行合理分區(qū)，在不同分區(qū)施工中應用強度不同的混凝。為提高混凝土早期強度，可采用無坍落度干硬性或低流態(tài)貧混凝土，也可按照水泥用量的25%～60%摻粉煤灰，或增大配比的骨料粒徑或骨料級配，增加高效外加減水劑等，這樣不僅能使水泥用量減少，從而相應地減少其發(fā)熱量，還能提高混凝土質(zhì)量。其次，施工人員還需合理安排混凝土澆筑時間，一般安排春、秋季的早上和晚上澆筑混凝土，避免正午澆筑，澆筑前，需在澆筑材料中加入適量的冰水或冰進行拌和，并對骨料進行預冷，以使混凝土入倉溫度降低。最后，施工人員需盡可能采用薄層澆筑方式對混凝土進行澆筑，以促進其散熱面增加，從而使混凝土散熱加速，若是高溫季節(jié)澆筑混凝土且澆筑前已對澆筑材料進行了預冷處理，則采用厚塊澆筑方式澆筑，以免氣溫過高而導致熱量倒流，增加混凝土發(fā)熱量。另外，還可在混凝土內(nèi)預埋水管，若溫度過高，可通水冷卻，降低其發(fā)熱量。

3.5 控制溫度對混凝土凝固和澆筑過程產(chǎn)生的影響

在混凝土凝固和澆筑過程易受到溫度的影響而產(chǎn)生裂縫，因此，需要采取合理措施控制溫度對混凝土結構產(chǎn)生的影響。施工人員可選用水化熱反應較小的水泥，以降低混凝土遇水化熱現(xiàn)象的發(fā)生，從而控制混凝土內(nèi)部和外部的溫差，進而預防內(nèi)外溫差過大引發(fā)的裂縫發(fā)生。還可根據(jù)混凝土實際情況選擇合適的澆筑工藝，如進行大體積混凝土澆筑施工可采用分層分段的方式進行混凝土澆筑，以加快混凝土熱量的散發(fā)，避免內(nèi)部熱量過高導致體積發(fā)生膨脹，從而引發(fā)溫度應力裂縫。另外，還可根據(jù)外界溫度環(huán)境合理控制混凝土澆筑時間和時間，一般選擇在上午7—10 點以及下午3—6 點進行混凝土澆筑，這些時間段屬于全天溫度較低的時間段，能減少外界溫度對混凝土質(zhì)量的產(chǎn)生影響，混凝土澆筑盡可能在5h 內(nèi)完成，以免產(chǎn)生冷縫。

3.6 加強混凝土養(yǎng)護質(zhì)量控制

完成混凝土澆筑后，施工人員需早期做好混凝土養(yǎng)護管理，如給長期露天堆放的預制構件覆蓋草席、草袋、草簾等，防止其受到陽光暴曬，并定期給其灑水，使其保持濕潤，薄壁構件堆放在陰涼處，并覆蓋塑料薄膜或草席等，以免其溫度發(fā)生過大變化。另外，施工人員還需加強混凝土澆筑后的檢查，以防止其出現(xiàn)意外狀況而誘發(fā)裂縫產(chǎn)生[4]。

4 水利工程施工中混凝土裂縫的處理方法

4.1 裂縫填充法

裂縫填充法指的是根據(jù)混凝土裂縫形態(tài)對其進行合理切割，切割出U 型或V 型凹槽，然后，在凹槽中填入密封材料，使裂縫得到有效修補，采用該種技術處理混凝土裂縫時需合理控制凹槽寬度，多適用于大寬度的裂縫處理。

4.2 表面覆蓋法

表面覆蓋法指的是在混凝土裂縫表面覆蓋一層特殊薄膜，具體操作方法為：先采用鋼絲刷等工具將混凝土裂縫表面和裂縫中的雜質(zhì)、水分清除干凈，尤其要保障裂縫表面干燥，然后，采用樹脂對混凝土表面出現(xiàn)氣孔的區(qū)域進行填充，填充完畢后，采用特殊薄膜對裂縫進行固化，并采用布條覆蓋混凝土裂縫。該種處理技術具有操作簡便、成本低、處理效果好等優(yōu)勢。

4.3 材料注入法

材料注入法是一種采用真空吸入法或灌漿法將特殊材料注入混凝土裂縫中修補裂縫的處理技術，常用的材料有基丙烯酸冷液注漿、水泥、環(huán)氧樹脂等，其中，采用真空吸入法注入材料前，需使用真空泵將混凝土裂縫中的空氣抽干，再在裂縫中注入水泥及其他加固材料，這種處理技術多適用于較深的混凝土裂縫處理，加固材料凝固速度均較快，從而能夠縮短裂縫處理時間。

5 結語

受混凝土質(zhì)量不合格、混凝土結構中的鋼筋受到腐蝕、外界環(huán)境、混凝土內(nèi)外溫差過大等因素的影響，水利工程施工中易發(fā)生混凝土裂縫問題，這一問題不僅會降低混凝土結構的穩(wěn)定性，還會威脅整個水利工程壩體的結構穩(wěn)定和安全，并影響水利工程蓄水能力，因此，就需要施工人員探尋有效技術控制混凝土裂縫問題。如加強混凝土施工原材料質(zhì)量控制、優(yōu)化混凝土施工原材料配合比設計、優(yōu)化混凝土施工原材料配合比設計、全面做好混凝土施工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制、控制和減少混凝土發(fā)熱量、控制溫度對混凝土凝固和澆筑過程產(chǎn)生的影響、加強混凝土養(yǎng)護質(zhì)量控制，這樣能有效預防混凝土裂縫的發(fā)生。若控制不當，混凝土裂縫發(fā)生，可及時采用裂縫填充法、表面覆蓋法、材料注入法等方法對裂縫進行處理，將能有效減輕混凝土裂縫帶來的危害。