李陸明

水利工程中的墩混凝土體積一般都比較大，屬于大體積混凝土，而作為脆性材料的混凝土抗拉強(qiáng)度較低，一旦受內(nèi)外部因素影響，產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其抗拉強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)裂縫。閘墩混凝土裂縫不僅破壞了閘墩結(jié)構(gòu)的整體性，也影響了建筑物的耐久性和安全性。

一、混凝土裂縫種類及成因分析

混凝土裂縫通常分為收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫。

1.收縮裂縫

收縮裂縫多在新澆筑的混凝土暴露于空氣中的上表面出現(xiàn)，混凝土在凝結(jié)之前，表面因失水較快而產(chǎn)生收縮，收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度，就出現(xiàn)裂縫。收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)、長(zhǎng)短不一、互不連貫狀態(tài)，較短的裂縫一般長(zhǎng)20～30cm，較長(zhǎng)的裂縫可達(dá) 2～3m，寬1～5mm。

此類裂縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋夯炷猎诮K凝前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很低，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很低時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過(guò)快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無(wú)法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂。影響混凝土收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。

2.沉降裂縫

沉降裂縫的產(chǎn)生是由于基礎(chǔ)土質(zhì)不勻、松軟或浸水而造成不均勻沉降所致。此類裂縫多為深層或貫穿性裂縫，裂縫呈梭形，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°～45°方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯(cuò)位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度0.3～0.4mm，受溫度變化的影響較小?；A(chǔ)變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

3.溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面，主要由于混凝土內(nèi)外溫差造成?；炷翝仓?，在硬化過(guò)程中水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，混凝士表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會(huì)導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

溫度裂縫的走向通常無(wú)一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫?？v橫交錯(cuò)。長(zhǎng)度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊，深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一。受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯，此種裂縫的出現(xiàn)會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

混凝土裂縫的產(chǎn)生既與其自身因素有關(guān)，也跟外部環(huán)境有關(guān)。自身因素主要是混凝土澆筑初期水泥在混凝土硬化過(guò)程中釋放大量水化熱，不斷提升內(nèi)部溫度，使得拉應(yīng)力在混凝土表面產(chǎn)生；在后期降溫過(guò)程中，其他部分的約束使得混凝土內(nèi)部又產(chǎn)生拉應(yīng)力。另外混凝土原材料質(zhì)量差、拌合不均勻、水灰比偏大、離析等原因造成同一塊混凝土中的抗拉強(qiáng)度也存在差異，更降低了混凝土的抗拉能力。外部環(huán)境因素主要是混凝土基礎(chǔ)變形、混凝土模板變形、氣溫突變、大風(fēng)等。

二、混凝土防裂措施

1.配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化

配合比的設(shè)計(jì)首先要滿足強(qiáng)度等級(jí)、混凝土性能等基本要求，在此基礎(chǔ)上通過(guò)雙摻優(yōu)化，即通過(guò)試配摻加適量的粉煤灰和減水劑，可改善拌和物的和易性，降低水灰比，以達(dá)到減少水泥用量，降低混凝土水化熱總量，減小混凝土內(nèi)部溫度變化，實(shí)現(xiàn)混凝土防裂的目的。

2.混凝土原材料選擇與控制

（1）水泥

水泥必須采用符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，且低堿低熱，不應(yīng)使用溫度大于60℃的水泥拌制混凝土。

（2）骨料

粗骨料應(yīng)采用二級(jí)或多級(jí)級(jí)配，細(xì)骨料采用河砂（中粗砂），控制骨料中的含泥量和堿含量。若骨料中含泥量偏多，不僅增加混凝土的收縮變形，而且降低混凝土的抗拉強(qiáng)度。骨料不宜直接露天堆放、暴曬，宜分級(jí)堆放，堆場(chǎng)上方宜設(shè)罩棚。

（3）外加劑

減水劑應(yīng)采用高性能減水劑，粉煤灰應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596的規(guī)定，級(jí)別不應(yīng)低于二級(jí)，最好為一級(jí)，堿含量也應(yīng)控制。

3.混凝土拌合及施工配合比控制

在混凝土拌制時(shí)，各種原材料的計(jì)量要準(zhǔn)確，用量不得隨意改動(dòng)，如砂石骨料含水率發(fā)生變化，確需調(diào)整用量，要經(jīng)過(guò)檢測(cè)計(jì)算并征得相應(yīng)負(fù)責(zé)人同意。由于摻加了減水劑和粉煤灰，要按照規(guī)范規(guī)定延長(zhǎng)混凝土拌合時(shí)間。

4.混凝土澆筑分倉(cāng)的選擇

混凝土閘墩通常分為閘墩底板和閘墩墩身兩部分，澆筑閘墩底板時(shí)架設(shè)1.2m高的懸空閘墩墩身模板，使1.2m高的閘墩墩身混凝土與閘墩底板混凝土同時(shí)澆筑，并將上部剩余閘墩墩身混凝土限定在15d內(nèi)完成澆筑，以減少底部先澆混凝土與上部后澆混凝土之間的約束，達(dá)到閘墩混凝土防裂的目的。

5.混凝土入倉(cāng)溫度、澆筑層厚的控制

混凝土入倉(cāng)溫度不超過(guò)18℃，澆筑層厚45cm，準(zhǔn)確計(jì)算澆筑強(qiáng)度，混凝土運(yùn)輸、澆筑及間歇的全部時(shí)間不應(yīng)超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間，以保證混凝土澆筑的連續(xù)性和混凝土成品質(zhì)量。

6.混凝土振搗的控制

合理振搗，不過(guò)振、不欠振、不漏振，使粗骨料排列均勻，使膠凝材料包裹好骨料，并排出混凝土中的空氣。過(guò)振會(huì)造成石子下沉水泥漿上浮過(guò)多，影響表面強(qiáng)度。每一層澆筑的混凝土必須在下層混凝土初凝前振搗結(jié)束。上層混凝土振搗時(shí)，振搗棒必須插入下層50mm左右，進(jìn)行加深振搗。進(jìn)行二次振搗時(shí)，以澆筑混凝土初凝前20min內(nèi)為宜，以振搗棒拔出后混凝土孔可以自行閉合，不留痕跡為宜。采取二次振搗工藝，可以提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，減少混凝土收縮變形。

7.混凝土的溫度控制

混凝土的溫控目的就是降低溫度應(yīng)力，減輕溫度應(yīng)力給混凝土帶來(lái)的危害。通常是通過(guò)內(nèi)部降溫外部保溫來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般情況下，溫控指標(biāo)宜不大于下列數(shù)值：混凝土澆筑體在入倉(cāng)溫度基礎(chǔ)上的溫升值為40℃；混凝土澆筑體的內(nèi)外溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）為25℃；混凝土澆筑體的降溫速率為2.0℃/d；混凝土澆筑體表面與大氣溫差為20℃。

有條件的情況下宜在閘墩混凝土施工前，對(duì)混凝土澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，確定混凝土澆筑體的溫升峰值，內(nèi)外溫差及降溫速率的控制指標(biāo)，制定相應(yīng)的溫控的技術(shù)措施。

混凝土內(nèi)部降溫一般采取水管冷卻，即在澆筑閘墩混凝土?xí)r將用做冷卻水管的鋼管提前預(yù)埋到混凝土內(nèi)部，預(yù)埋的水管既有水平向的也有豎直向的，均衡分布，通水冷卻時(shí)水流方向也變換，以使混凝土內(nèi)部溫度均勻降低。水管應(yīng)根據(jù)不同情況適時(shí)開始通水，以降低水化熱溫升。當(dāng)混凝土澆筑溫度高于冷卻水溫時(shí)，應(yīng)盡可能早地進(jìn)行通水冷卻，即先通水后澆混凝土；當(dāng)混凝土澆筑溫度低于冷卻水溫時(shí)，應(yīng)等水管周邊混凝土溫升至冷卻水溫時(shí)才開始通水，即先澆混凝土后通水。水管應(yīng)連續(xù)通水，當(dāng)混凝土溫度滿足溫控要求時(shí)停水，但如停水后溫度又發(fā)生明顯回升時(shí)，可以再次通水，抑制溫度反彈。

混凝土外部保溫主要是通過(guò)覆蓋實(shí)現(xiàn)。常用方法有：控制拆模時(shí)間，利用模板來(lái)保溫；氣溫低時(shí)在模板外部增加保溫板；拆模后混凝土表面覆蓋毛氈、塑料布、草簾、保溫板等；搭設(shè)暖棚，形成人工小氣候。

三、結(jié)語(yǔ)

水利工程中閘墩混凝土裂縫危害大，施工中采取一系列防裂措施可以防止裂縫出現(xiàn)，也是行之有效的■