水闸混凝土裂缝成因及温控防裂措施

周年根

摘要：根据水闸混凝土开裂的成因，笔者从材料和施工两个方面分别阐述闸墩的温控防裂方法。供相关工程参考应用。

关键词：水闸；裂缝；温度控制；防裂方法

Abstract: according to the cause of concrete material damages, from the material and construction two aspects are expounded the floodgate pillar control in the anchorage method. For related reference to engineering application.

Keywords: locks; Crack; Temperature control; Guards against the crack method

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

水闸混凝土出现裂缝是比较常见的。水闸常见的裂缝，主要包括底板和胸墙的裂缝、闸墩裂缝、翼墙和护坡的裂缝、护坦的裂缝、钢筋混凝土的顺筋裂缝等。在施工过程中，水闸结构尚未承担外部荷载，混凝土结构的开裂基本可以归咎为温度作用、干缩作用以及地基的不均匀沉降。本文主要就温度作用造成的混凝土开裂问题进行研究，并未涉及混凝土干缩作用以及不均匀沉降。

1水闸裂缝成因分析

1.1底板裂缝成因分析

混凝土浇筑后，水泥发生水化反应，释放出大量的热量。底板上表面和四周与大气接触，部分热量通过对流散失到大气中；与此同时，底板底面与温度较低的地基接触，部分热量通过热传导散失到地基中；但由于混凝土导热性能较差，大量的水化热量仍积贮在混凝土内部。因此，在早期，底板四周温度较低，内部温度相对较高，混凝土表面与内部存在温度差异。与温度分布规律相对应，底板表面承受拉应力，而混凝土内部则承受压应力。混凝土早期抗拉强度数值不大且可靠性较差，因此，混凝土底板很可能从表面开裂。

一般来说，水闸底板顺水流方向的长度要大于其垂直于水流方向的宽度，因此，水闸底板早期顺水流向的拉应力也要大于另两个方向的应力。若不考虑混凝土浇筑质量的不均匀性，底板早期的裂缝应在两个闸墩的底板中部出现。

在后期，底板混凝土温度逐渐下降，导致砼内部发生温缩变形，底板的温缩变形受到地基的约束作用，在底板中心出现拉应力。但水闸一般修筑于土基之上，土体对混凝土的约束作用并不大，而且在后期，随着混凝土龄期的增长，混凝土的抗拉强度明显提升，因此，土基上修建的底板后期出现裂缝较为少见。

1.2闸墩裂缝成因分析

在早期，闸墩的温度分布规律与底板类似，均呈现出“外冷内热”的温度分布规律，顺水流方向的拉应力较大，且最大的拉应力出现在闸墩长度的1/2处或是闸门槽等结构较薄弱处。

在后期，闸墩内部的温降收缩变形受到了底板的强约束作用，闸墩中出现了较大的顺水流向的拉应力。若此时闸墩开裂，尽管裂缝也出现在闸墩中间处或是闸门槽等结构较薄弱处，但相对于早期来讲，裂缝的位置要相对低一点。究其原因，早期开裂的原因在于内外温差，闸墩中间处的内外温差较大，因此，闸墩中间处的拉应力也最大，开裂的可能性也最大。而在后期，由于后期闸墩开裂的原因在于底板对闸墩的强约束作用，因此，开裂的位置相对低一点，一般在底板以上1/3左右高度以下的位置。

2温控防裂措施

根据上述水闸混凝土开裂的成因，笔者从材料和施工两个方面分别阐述闸墩的温控防裂方法。

2.1材料优化

2.1.1降低混凝土的绝热温升

由水闸开裂原因可以看出，早期混凝土內部温升幅度过大是混凝土开裂的主要原因，而降低混凝土的绝热温升能有效地控制混凝土的温升幅度，从而也是最直接、最有效的温控防裂方法。选用中热或低热水泥以及在混凝土中掺入适量的粉煤灰，能有效地降低混凝土绝热温升。相对于水泥中其他主要矿物成份，硅酸三钙(C3S)和铝酸三钙(C3A)放热速度较快、水化热总量较大，中热水泥和低热水泥通过掺入其他矿物成分来降低水泥中的C3S和C3A含量，从而减小混凝土的水化放热总量。在混凝土掺入粉煤灰后，由于粉煤灰的活性远小于水泥，可以显著地减小混凝土的发热量，并改善混凝土的和易性。但降低混凝土的绝热温升应以混凝土的其他性能能满足工程需要为前提，宜通过试验来确定。

2.1.2提高混凝土的抗拉强度

降低水灰比以及在混凝土中掺入纤维材料均可有效提高混凝土的抗拉强度，减小混凝土开裂的风险。但是，降低混凝土的水灰比后，混凝土的弹性模量增加，徐变减小，混凝土拉应力未必减小，因此，降低水灰比对混凝土防裂未必有利。而在混凝土的掺入纤维材料后，混凝土的抗拉强度明显提升，其他诸如抗渗性、耐磨性和抗冲击性能均有所改善。但掺入纤维材料后，混凝土成本明显提高，拌合时间有所增加，因此，只建议在抗裂或抗冲耐磨要求较高的部位选用。

2.1.3掺入减水剂

在保持流动性和水灰比基本不变的前提下，在混凝土中掺入减水剂可以减少用水量和水泥用量，降低混凝土的绝热温升；在保持流动性和水泥用量基本不变的条件下，掺入减水剂后可以减小用水量，降低水灰比，提高混凝土的强度及耐久性。因此，在混凝土中掺入减水剂有利于混凝土的防裂。

2.1.4掺入膨胀剂

膨胀剂能在一定程度上补偿混凝土的自生体积收缩变形和混凝土温缩变形，有利于后期混凝土应力状态的改善，减小混凝土开裂的风险。

2.2施工优化

除了从材料角度考虑混凝土的温控防裂外，施工也是一个温控防裂的重要的环节。

2.2.1降低混凝土的浇筑温度

在高温季节进行水闸施工建设时，应尽可能降低混凝土的浇筑温度。混凝土浇筑温度越低，混凝土早期温度峰值也越低，相对应，混凝土早期的内外温差和后期的温降幅度也越小，混凝土开裂的可能性也相对减小。在施工中，可以视水闸的规模确定合适的降温措施，如降低骨料的温度、加冰(水)拌和、采用合格的深井水拌和、对于商品混凝土则缩短运输距离减小混凝土运输过程中的温度回升等等。

2.2.2混凝土表面保温、保湿

内外温差过大是混凝土早期开裂的主要原因，在混凝土表面覆盖保温、保湿材料后，混凝土表面温度显著提高，内外温差明显减小，表面应力状态明显，混凝土开裂可能性明显减小。因此，表面保温、保湿是一项经济、有效的温控措施，尤其在寒冬季节更是如此。

2.2.3控制底板与闸墩的浇筑间歇时间

底板与闸墩浇筑间歇时间过长是闸墩后期开裂的重要原因。浇筑间歇时间越长，闸墩浇筑时底板混凝土的弹性模量越大，对闸墩的约束作用越强，闸墩后期内部的拉应力越大，越有可能开裂。一般来讲，底板和闸墩的浇筑间歇时间应控制在30d左右为宜。

2.2.4采用后浇带技术

后浇带施工技术指的是将闸墩沿水流方向一分为三，先浇筑前后两块，中间预留1m左右部分待到以后再施工。后浇带技术缩短了浇筑块沿水流方向的长度，底板对闸墩的约束作用显著减小，闸墩后期的应力状态明显改善。但若采用后浇筑带技术对施工工期有一定影响。

3结束语

对于水闸混凝土裂缝，应该根据工程实际工况采取有效措施。可以在改善施工工艺、提高施工质量、做好温度及养护控制工作等多方面采取有效措施，水闸混凝土裂缝是可以防治的。