水工混凝土裂縫的出現(xiàn)和防治

劉林杰袁吉棟王鋒

(河北工程大學(xué)，河北 邯鄲056038)

【摘要】混凝土裂縫普遍存在于水工建筑之中, 裂縫出現(xiàn)會(huì)對(duì)混凝土建筑物的正常使用造成不同程度的影響，然而現(xiàn)階段的水利工程技術(shù)尚不能完全解決此類問題。本文通過對(duì)裂縫理論上的成因和施工中造成裂縫出現(xiàn)的影響因素進(jìn)行綜合分析，提出設(shè)計(jì)上以及施工中對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施，減少裂縫出現(xiàn)，降低其對(duì)建筑物的危害。

【關(guān)鍵詞】水工混凝土；裂縫；技術(shù)措施

中圖分類號(hào)：TV431

Emergence of hydraulic concrete cracks and prevention measures

LIU Linjie, YUAN Jidong, WANG Feng

(HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China)

Abstract:Concrete cracks are prevalent in hydraulic structures, which can cause influence on normal use of concrete buildings at varying degrees. However, hydraulic engineering techniques cannot solve similar problems completely at present. In the paper, theoretical cause of cracks and influence factors causing cracks in construction are comprehensively analyzed, corresponding technical measures in design and construction are proposed, thereby reducing cracks and lowering its harm on buildings.

Key words: hydraulic concrete; crack; technical measure

大量的工程統(tǒng)計(jì)表明，多數(shù)混凝土建筑物都存在裂縫。在水利水電工程建設(shè)中，裂縫也是水工混凝土最常見的缺陷之一。裂縫在外表上影響建筑物的同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上也對(duì)建筑物的整體性造成了很大的影響。水工建筑物通常處在強(qiáng)大的水壓力下，裂縫在滲水、漏水的同時(shí)也大大降低了建筑物的使用安全性。因此，為保障水工建筑物的安全運(yùn)行，發(fā)揮其應(yīng)有的工程效益，科學(xué)地分析裂縫的成因以提出相應(yīng)的控制措施已經(jīng)變得刻不容緩。

1水工混凝土裂縫形成的原因

由于混凝土是由多種原材料按照一定比例混合、后期經(jīng)過人工的澆筑凝結(jié)硬化而成的，因此混凝土裂縫形成的原因眾多，從混凝土的制作和使用來說，主要可以概括為材料、 設(shè)計(jì)、 施工以及工程使用環(huán)境等原因。

1.1材料原因

a.水泥品種選擇和用量不當(dāng)。礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的收縮系數(shù)不同，前者的收縮系數(shù)比后者大，選擇兩者時(shí)要充分考慮后期混凝土的收縮性不同?；炷猎诎韬蜁r(shí)，水泥的用量要合適。水泥選用量大，則混凝土前期的水化熱大、后期的收縮量大，極易造成混凝土凝結(jié)硬化時(shí)產(chǎn)生溫度和干縮裂縫。

b.水泥標(biāo)號(hào)及混凝土強(qiáng)度等級(jí)選擇。水泥標(biāo)號(hào)選擇越高，前期強(qiáng)度越高，導(dǎo)致裂縫幾率越大； 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)越高， 混凝土脆性越大，后期凝結(jié)硬化時(shí)在內(nèi)應(yīng)力作用下， 越容易出現(xiàn)裂縫。

c.骨料原因。大體積水工混凝土需要大量的骨料，這就造成在混凝土施工時(shí)骨料的來源廣泛。不同材質(zhì)的骨料應(yīng)有其唯一的骨料級(jí)配。實(shí)際工程中若以某一固定的級(jí)配拌和所有的骨料，必將造成混凝土單位用灰量增加，拌和用水增加，從而導(dǎo)致后期收縮量增加，誘導(dǎo)混凝土產(chǎn)生干縮裂縫。

d.外加劑和摻合料用法用量不當(dāng)。添加劑的加入，使混凝土實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)需要的早強(qiáng)、緩凝等。但不當(dāng)?shù)挠梅ê陀昧恳矔?huì)使混凝土后期收縮量增加,形成裂縫。

e.其他原因影響。包括砂石料中含土量過大、石料堿活性強(qiáng)等。

1.2設(shè)計(jì)原因

a.結(jié)構(gòu)局部受力不合理?；炷敛牧峡估芰苄。谑軜O限拉應(yīng)力時(shí)極容易出現(xiàn)裂縫。例如：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)斷面出現(xiàn)突變，在相應(yīng)的部位沒有配置足夠的鋼筋，造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，混凝土受拉應(yīng)力過大，出現(xiàn)裂縫；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中構(gòu)造鋼筋數(shù)量較少，部分?jǐn)嗝驿摻钣昧坎蛔?，?dǎo)致結(jié)構(gòu)受拉時(shí)鋼筋形變量過大，混凝土受拉造成裂縫；在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)不均勻沉降、 混凝土收縮變形等內(nèi)應(yīng)力考慮不充分，致使混凝土局部拉應(yīng)力過大，造成混凝土拉裂。

b.選材及配合比原因。設(shè)計(jì)時(shí)選擇的混凝土等級(jí)過高，造成混凝土單位用灰量增加；設(shè)計(jì)配合比中水灰比、砂率選擇不當(dāng)，造成混凝土和易性較差，混凝土后期硬化時(shí)泌水、離析，產(chǎn)生收縮裂縫。

1.3施工原因

a.拌和過程。混凝土拌和時(shí)間過短，骨料拌和不均勻；混凝土拌和時(shí)間過長，混凝土產(chǎn)生離析，水量揮發(fā)增加，造成混凝土強(qiáng)度降低、坍落度增加，破壞外加劑的工作性，造成后期混凝土出現(xiàn)裂縫。

b.運(yùn)輸過程。運(yùn)輸距離過遠(yuǎn)，混凝土在運(yùn)輸過程中泌水，和易性降低，坍落度增大；運(yùn)輸過程中外界溫度過高，造成混凝土失水嚴(yán)重，混凝土失水初凝，入倉強(qiáng)度降低；外界溫度過低，混凝土中水分結(jié)冰，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大降低等。

c.澆筑過程?；炷琳駬v時(shí)間控制不合理。振搗時(shí)間過短，混凝土密實(shí)度小，混凝土后期內(nèi)部出現(xiàn)蜂窩，模板表面出現(xiàn)麻面；振搗時(shí)間過長，大量骨料沉積到底部，骨料間水泥漿含量過低，骨料之間黏結(jié)力不足，后期受拉時(shí)極易出現(xiàn)裂縫?；炷翝仓囟瓤刂撇划?dāng)。外界溫度較高時(shí)，內(nèi)部降溫設(shè)施不布設(shè)或者設(shè)置不合理導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度過高，混凝土出現(xiàn)溫度裂縫；外界溫度較低時(shí)，混凝土外表面保溫設(shè)施布置不合理，混凝土外表面溫度較低，表層混凝土水化不充分?；炷翝仓謮K不合理、澆筑順序不對(duì)、混凝土保護(hù)層不夠等都會(huì)導(dǎo)致混凝土后期受力時(shí)出現(xiàn)裂縫。

d.養(yǎng)護(hù)過程?；炷翝仓戤吅笠皶r(shí)灑水養(yǎng)護(hù)?；炷梁笃跒⑺患皶r(shí)極易造成混凝土凝結(jié)硬化過程中脫水，形成早期的干縮裂縫。大體積混凝土澆筑完畢后缺少二次抹面，表面也易出現(xiàn)干縮裂縫。

1.4工程使用環(huán)境原因

a.受力原因?；炷梁笃谑艿匠^設(shè)計(jì)應(yīng)力的荷載。例如：建筑物后期出現(xiàn)較大程度的沉降，結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)較大的應(yīng)力；地震、火災(zāi)等意外災(zāi)害也可導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

b.化學(xué)侵蝕。因混凝土保護(hù)層厚度或密實(shí)度不夠，后期內(nèi)部出現(xiàn)碳化或者含氯化合物的侵入，破壞混凝土內(nèi)部堿環(huán)境造成鋼筋腐蝕，鋼筋腐蝕產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力，鋼筋與混凝土間黏結(jié)力幾乎喪失，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力大大降低，受力條件下出現(xiàn)更多裂縫，混凝土進(jìn)一步被破壞。

c.極端環(huán)境破壞。隨季節(jié)的變化，混凝土在反復(fù)凍融循環(huán)下逐步破壞。

2防治混凝土裂縫的相關(guān)措施

根據(jù)以上混凝土裂縫的形成原因分析，混凝土的裂縫成因較復(fù)雜，涉及前期混凝土材料的選擇、混凝土中期設(shè)計(jì)以及混凝土的后期施工等，因此應(yīng)從混凝土的材料、 設(shè)計(jì)及施工等方面進(jìn)行分析, 采取綜合控制措施,減少水工混凝土各種裂縫的出現(xiàn)。

2.1材料的選取

a.水泥的選取。應(yīng)優(yōu)先選擇低水化熱和中水化熱的硅酸鹽水泥，從根本上降低混凝土后期凝結(jié)硬化時(shí)因高水化熱而造成的溫度裂縫。

b.骨料的選取。選擇質(zhì)地良好、級(jí)配優(yōu)良的砂石骨料。應(yīng)優(yōu)先選擇石灰?guī)r、 玄武巖等熱膨脹系數(shù)小、粒徑較大的粗骨料，以中、粗砂為主的細(xì)骨料。骨料應(yīng)粒徑均勻、含泥量低(如石骨料不應(yīng)超過1%，砂骨料不應(yīng)超過2%)。

c.摻合料和外加劑。積極采用水工混凝土摻合料和外加劑。使用摻合料和外加劑可以減小水灰比和水泥用量、 降低混凝土絕熱溫升、 降低水化熱放熱速率、 延緩溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間、 改善水工混凝土的工作特性, 從而極大降低產(chǎn)生裂縫的幾率。

2.2合理的設(shè)計(jì)形式

設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷面突變或尖角孔洞等，充分考慮不均勻沉陷、 混凝土收縮等易引起應(yīng)力集中的因素，根據(jù)水工建筑物的抗裂要求選用適宜的結(jié)構(gòu)形式。

2.3合理化施工

a.溫度控制。春夏季溫度比較高，拌和骨料時(shí)可以加入冷水或者用水清洗砂石骨料以降低骨料澆筑入倉時(shí)的溫度；澆筑時(shí)降低混凝土澆筑厚度，利用混凝土的多層面散熱；在混凝土澆筑時(shí)預(yù)設(shè)冷凝管，避免混凝土后期凝結(jié)硬化時(shí)內(nèi)部凝聚熱量，造成混凝土因溫度應(yīng)力形成裂縫。秋冬季溫度比較低，混凝土后期凝結(jié)硬化時(shí)注意保溫，防止混凝土因溫度變化過于劇烈出現(xiàn)收縮裂縫。在寒冷的地區(qū)或者薄壁結(jié)構(gòu)的建筑物中，要尤其注意防止混凝土外表面結(jié)冰。

b.運(yùn)輸過程。選用的專業(yè)的運(yùn)輸設(shè)備，保證水工混凝土在運(yùn)輸過程中不發(fā)生分離、 漏漿、 嚴(yán)重泌水及溫度回升過多和降低坍落度等現(xiàn)象。混凝土運(yùn)輸距離大時(shí)，應(yīng)有遮蓋或保溫設(shè)施, 避免因日曬、 雨淋、 受凍而影響混凝土的質(zhì)量。

c.澆筑過程。混凝土的澆筑過程控制是混凝土質(zhì)量控制的重中之重。首先，混凝土澆筑層厚度應(yīng)根據(jù)原料的供應(yīng)速度、振搗速度、澆筑氣溫和振搗器類型等確定，確保澆筑過程中混凝土不出現(xiàn)漏振、過振和初凝等情況?；炷琳駬v時(shí)間以該位置混凝土不再顯著下沉、 不出現(xiàn)氣泡、表面開始泛水泥漿時(shí)為準(zhǔn)。其次，在大面積混凝土施工時(shí)采用分層、分段式推進(jìn), 大體積混凝土采用分段、 等坡度、薄層澆筑、 循序推進(jìn)、 一次到頂?shù)姆绞?，利用自然流淌形成斜坡混凝土的澆筑方? 能夠較好地適應(yīng)泵送工藝, 可避免經(jīng)常拆卸輸送混凝土管道, 提高泵送效率, 簡化混凝土的泌水處理, 確保上下層混凝土不超過初凝時(shí)間。最后，混凝土澆筑完畢，待表層混凝土建立一定強(qiáng)度后，按照建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)高修正混凝土高度，多余部分用長刮尺刮平, 在初凝前后用滾筒來回碾壓數(shù)遍, 將混凝土表面壓光打磨，待接近終凝前, 用木楔再打磨一遍, 使收縮裂縫閉合,覆蓋保溫材料保濕養(yǎng)護(hù)。

d.養(yǎng)護(hù)和拆模?；炷翝仓戤吅?，要及時(shí)進(jìn)入保溫保濕養(yǎng)護(hù)階段。剛澆筑不久的混凝土尚在凝固硬化階段,水化的速度較快。一般在澆筑完畢后12～18h內(nèi)即開始養(yǎng)護(hù), 整體養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d,結(jié)構(gòu)重要部位至少28d。養(yǎng)護(hù)過程中要注意混凝土的保溫，防止混凝土因內(nèi)外溫差較大出現(xiàn)表面裂縫和溫度裂縫。

混凝土拆模時(shí)間應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁睾突炷两⒌膹?qiáng)度確定。事實(shí)表明，在一定程度上延長混凝土的拆模時(shí)間，有利于控制混凝土裂縫。

3結(jié)語

由以上分析可知，混凝土裂縫的形成是多因素綜合影響的結(jié)果。為防止出現(xiàn)裂縫必須從混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原料選擇、溫度控制、施工養(yǎng)護(hù)的方式方法等多方面考慮。這就需要技術(shù)人員結(jié)合施工現(xiàn)場情況，多方位考慮，采取綜合措施加以控制。相信隨著水利水電科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，混凝土裂縫的問題能夠更好地得到解決。

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水電最大單機(jī)容量機(jī)組投產(chǎn)

水電裝機(jī)提前一年半完成“十二五”規(guī)劃目標(biāo)，全年發(fā)電量達(dá)10661億千瓦時(shí)，同比增長19.7%，占全國發(fā)電量的19.2%，比上年提高2.6個(gè)百分點(diǎn)。

雖然相比2013年，2014年水電增長勢(shì)頭有所減緩，但新增裝機(jī)仍超過2000萬千瓦，提前一年半完成“十二五”規(guī)劃目標(biāo)，水電發(fā)電量達(dá)10661億千瓦時(shí)，同比增長19.7%，占全國發(fā)電量的19.2%，比上年提高2.6個(gè)百分點(diǎn)，水電設(shè)備平均利用小時(shí)3653小時(shí)，同比增加293小時(shí)。

在2014年，世界第三大水電站、我國第二大水電站溪洛渡電站，我國第三大水電站向家壩電站，我國第四大水電站糯扎渡水電站全面建成投產(chǎn)。同時(shí)，西藏第一座大型水電站、雅魯藏布江干流上第一座水電站藏木水電站投產(chǎn)發(fā)電，我國藏區(qū)綜合規(guī)模最大的水電站工程、擁有國內(nèi)最高土石壩的雅礱江兩河口水電站開工建設(shè)。其中尤其是溪洛渡水電站和向家壩水電站，總裝機(jī)容量加起來達(dá)2026萬千瓦，相當(dāng)于又投產(chǎn)一座三峽水電站。在投產(chǎn)運(yùn)行中，這兩座電站26臺(tái)水電機(jī)組均順利實(shí)現(xiàn)“零非停”和“首穩(wěn)百日”目標(biāo)。

眾多大型水電站先后投運(yùn)，我國水電機(jī)組整體水平穩(wěn)步提升。從三峽電站單機(jī)容量70萬千瓦，到溪洛渡電站單機(jī)容量77萬千瓦，再到向家壩電站的單機(jī)容量81.2萬千瓦，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)機(jī)組不斷刷新世界紀(jì)錄，標(biāo)志著我國在大型水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、加工、安裝、運(yùn)行等方面均達(dá)到了世界一流水平。隨著未來烏東德、白鶴灘等大型水電站的建設(shè)，我國單機(jī)容量百萬千瓦級(jí)特大型水電機(jī)組的問世也已指日可待。

來源：中國農(nóng)村水電及電氣化信息網(wǎng)2015年3月17日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201503/t20150317_628234.html