雷州市水利工程混凝土裂缝的监理防控

陈朝星

摘 要：裂缝是水利施工的常见问题之一，对水利工程的建筑质量造成很大影响，缩短了水利工程施工年限，必须及时采取促使进行防范。混凝土是由砂石骨料、水泥、水等多种外加材料混合制成的建筑使用材料。由于施工方法不正确，和混凝土自身变形等问题的作用，产生了混凝土混凝裂缝，虽然裂缝细小，但是却对混凝土结构承重、防渗等功能产生了影响。尤其受到荷载、温差等作用之后，很多有些细小裂缝开始扩展和连通，最终产生较严重的宏观裂缝，这些裂缝已成为影响水利工程施工中的常见工程病害，容易腐蚀混凝土中的钢筋材料，降低钢筋混凝土结构承载力，严重时，还会严重影响结构的安全和寿命，因此进行水利施工时，必须加强混凝土裂缝控制，按照规范方法施工，同时必须采取有效措施进行防治。下面本人结合已经完工的雷州市南渡河水闸工程的施工监理，谈一下水工混凝土裂缝的监理防控。

关键词：混凝土；裂缝；监理；控制

一、混凝土裂缝的类型

造成混凝土裂缝的原因很多，可以将其划分成分为混凝土内部因素和外部因素两种类型。温度应力、约束收缩应力、碱活性反应等是影响内部因素主要原因，地基沉降和外荷载是影响外部因素主要原因。经过分析发现，混凝土裂缝是多种因素共同作用的结果。

二、水工混凝土可能产生的裂缝成因简析

（一）温度应力裂缝

温度应力裂缝的产生原因较复杂，通常在混凝土浇筑完成后，水泥会与水反应产生水化热，导致混凝土墙体局部温度升高，在外界气温不断变化的影响下，导致相邻混凝土造成温差，由此产生很大温差应力，当温度应力大于混凝土拉强度时，就会产生温度应力裂缝。

（二）收缩应力裂缝

水利建筑物的结构混凝土施工经常分二期或多期进行浇筑，如雷州市南渡河水闸的混凝土均分为两期进行浇筑，底板为一期，闸墩、边墩等为二期。一期表示将混凝土浇筑在软基上，借助自由伸缩或变形完成施工，此种施工不会出现裂缝，但进行二期边墩中墩浇筑时，一期底板已浇筑一段时间，温度已降到平均气温，强度也增长较快，闸墩砼收缩时因受一期浇筑底板的约束产生拉应力，当超过拉应力极限时将导致墙体混凝土开裂。

（三）碱集料反应

混凝土中的碱与环境中的碱以及混凝土集料中的碱活物质，在混凝土固化后产生缓慢化学反应，反应产生的生胶凝物质。会在吸收水分后发生膨胀，导致混凝土开始从内向外延伸，并产生开裂或损毁，此种现象称之为碱集料反应。

（四）沉降作用和外荷载裂缝

沉降裂缝主要是由于建筑物座落的地基强度不均匀而造成沉降不均，由此造成建筑物部分结构受剪切，当剪切力超过混凝土的极限抗剪强度所致；建筑物地基处理是防止沉降裂缝的主要手段，如果在施工过程中，软弱地基不符合施工要求，必须对其进行处理，达到要求并验收合格后，才能进行其他的施工。

外荷载裂缝，顾名思义，此种裂缝是由外部荷载引起的，在输水工程箱涵结构中，由于外荷载相对较小，一般不会引起裂缝。需要指出的是，混凝土产生裂缝可能不是一种原因造成，而可能是两种或多种因素共同作用的结果。

三、混凝土裂缝的监理控制要点

（一）配合比及温控措施的审核

监理要求施工单位在实施混凝土配合比设计时，必须在混凝土工作性能良好的情况下，降低混凝土单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计原则，生产出高强度、高韧性、低热和高极拉值的混凝土。在施工前，要求承包人根据施工图纸所示的建筑物分缝、分块尺寸、混凝土允许最高温度及有关温度控制要求，编制详细的温度控制措施，作为专项列入混凝土施工措施计划，报经监理审批。

（二）浇筑温度和最高温升的控制

要求混凝土的浇筑温度和最高温升均应满足规范规定，混凝土的入仓温度不高于28℃，并要求承包人通过试验建立起混凝土出机口温度和现场浇筑温度变化关系，减少混凝土运输及卸料时间，而且运输混凝土的时候，必须对其进行遮盖，并不断进行搅拌，避免混凝土凝固。进行施工时，还要加快覆盖速度，缩短混凝土暴露时间提高施工质量。

采取措施降低混凝土入仓温度。由于水利施工时间较长，而且绝大多数工程在夏季进行施工，在南渡河水闸工程中，监理要求在事先对骨料和水泥等做好预冷防热措施、搭设凉棚等处理，降低施工用水温度。

合理安排浇筑时间和施工组织，尽量多在春、秋季进展，夏季最好在夜间浇筑，减少在混凝土升温造成的质量影响。重要部位安排在低温季节、低温时段浇筑，以降低混凝土入仓温度，避免出现温度裂缝；控制进入搅拌站的水泥时，尽量将其温度控制在60℃以下，不能直接将水泥厂出炉水泥拌制混凝土。在夏季施工时，要采取一定的防护措施，避免混凝土表面受气温影响而先于内部硬化。而冬季要提高混凝土浇筑温度，浇筑温度最好不低于10℃。

（三）新旧混凝土温差造成的温度应力控制

二期混凝土浇筑时，尽可能使二期混凝土的浇筑温度与老混凝土的温差不大于 15℃，以减少温差造成的温度应力。

（四）材料控制

监理要求承包人采取措施从材料方面入手降低混凝土的水化热温升。在本工程中，监理要求施工单位选用水化热低的水泥，选用低碱含量或无碱含量的外加剂；减少水泥用量，在规范允许的情况下，主体结构混凝土采用双掺技术，粉煤灰掺量不超过20%，磨细矿渣掺量控制在30%以内，为保证掺和料的质量符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-2005和《用于水泥和砼中的强化高炉矿渣粉》GB/T18046-2000的规定，监理重点检查了掺和料试验报告和出厂合格证。

（五）控制浇筑层间歇时间

为减小先浇筑的底板对后浇筑的边墩的约束力，两期砼浇筑间歇时间应控制在7天以内，最多不超过15天。在高温季节，在有条件部位采用了表面流水冷却的方法进行散热。

（六）碱含量及碱活性骨料的控制

混凝土中碱含量的控制对混凝土裂缝的防控乃至保证混凝土的强度具有重要意义，一旦混凝土发生碱集料反应，对混凝土将产生结构性的破坏。监理的控制措施主要包括使用非活性集料、使用低碱水泥以及限制混凝土的总碱量。骨料料源必须进行碱活性成分含量试验，未经专门论证，不得使用碱性骨料。使用低碱水泥可以将混凝土的总碱量控制在一定水平，防止了碱集料反应破坏现象产生，人们通常将低碱水泥表示为碱含量低于0.6%水泥重量的水泥称之为低碱性水泥。

混凝土碱含量的计算方法按照《水工混凝土施工规范》（DLT5144-2001）的规定进行1：

1）中热水泥混凝土碱含量：

混凝土碱含量（kg/m3）=中热水泥碱含量（%）×水泥用量（kg/m3）+0.2×粉煤灰碱含量（%）×粉煤灰用量（kg/m3）+外加剂中碱含量（%）×外加剂用量（kg/m3）

2）低热水泥混凝土碱含量：

混凝土碱含量（kg/m3）=低热水泥熟料中碱含量（%）×水泥熟料用量（kg/m3）+0.5×矿渣中碱含量（%）×矿渣用量（kg/m3）+0.2×粉煤灰碱含量（%）×粉煤灰用量（kg/m3） +外加剂中碱含量（%）×外加剂用量（kg/m3）

计算出的混凝土碱含量必须符合《混凝土碱含量限值标准CECS53∶93》表1的规定：

砂石骨料的碱活性采用《砂石碱活性快速试验方法》CECS48-93中载明的方法进行测定。

在本工程中，施工单位按照监理的要求使用了低碱含量的水泥、采用了非碱活性骨料，根据《预防混凝土工程碱集料反应技术管理规定》，监理对施工单位上报的混凝土碱含量计算书进行了审核，审核的结果符合《预防混凝土工程碱集料反应技术管理规定DBJ01-95-2005》的规定，混凝土的碱集料反应得到了有效的控制。

（七）正确进行混凝土拌和物的振捣

之所以要做好振捣工作，是因为一方面，当钢筋混凝土在环境较差区域施工时，例如：侵蚀性水，由于混凝土表面保护层的厚度一定，所以如果混凝土密实性不能得到保证，环境中的氯离子等就会溶于水中，导致使混凝土内部钢筋生锈，产生氧化铁。由于氧化铁体积比原来金属体积大，所以铁锈体积迅速膨胀，对周围混凝土产生挤压，使混凝土胀裂。另一方面，正确的振捣是保证混凝土强度的必要条件之一，强度有了保证，对混凝土裂缝的预防也就有了相应的保证。具体在振捣时，振捣棒应垂直插入混凝土，振捣距离为振捣器有效半径的1.5倍，插入下层混凝土5～10cm，离开模板距离为振捣棒有效半径的1/2，一次振捣完成后振捣棒应缓慢拔出，使用振捣棒时，不能用振捣棒横拖赶动混凝土拌和物，即严禁以振捣代替平仓，否则必然造成离下料口远处砂浆过多而开裂。

（八）加强温度监测

尽量控制混凝土内外温差不过大。根据以往工程的温控经验，当混凝土强度较低时，混凝土内外温差如超过25℃，则很可能会造成温度裂缝，所以必须做好混凝土温度监测工作。根据浇筑仓段布设观测断面，根据结构厚度不同，布置不同数量的温度检测设备，从混凝土开始浇筑即开始进行监测，根据温度监测情况调整混凝土温控、保温措施。在混凝土浇筑之后，避免曝晒，缓缓降温，充分发挥混凝土徐变的特性，降低产生的温度应力。在本工程中，南渡河水闸底板在冬季施工，为保证混凝土施工质量采用暖棚法，棚内生火炉升温，棚内温度保持在10℃以上，同时监理要求施工单位在不同的部位布置测温孔，孔内放置温度计测量混凝土内部温度，监测过程中，发现当混凝土内部温升较大导致内外温差大时，则要求施工单位采取提高暖棚内气温等措施降低混凝土的内外温差，减小温度应力。此举收到了良好的效果。

（九）积极做好混凝土养护作业

混凝土养护工作是预防混凝土表面裂缝的主要方法，针对本地区的气候特点、混凝土的种类以及建筑物的结构形式，从而决定开始养护时间、浇水养护时间的长短、浇水次数、拆模时间等，做好保温和保湿。在高温季节，应在浇筑完毕后立即覆盖，避免塑性开裂，施工完成后的12h以内，对混凝土进行覆盖并流水养护；控制混凝土浇水养护时间：粉煤灰混凝土暴露面的潮湿养护时间不得少于21d；在干燥或炎热条件下，潮湿养护时间不应少于28d。当日平均气温低于5℃时，不得浇水。拆模时间应视混凝土内部温度而定，避开阳光曝晒和有风时间拆模，不能在混凝土温度高时拆模，尤其不能在混凝土内部温度最高时拆模后立即浇凉水，以避免混凝土内外温差过大。冬季拆模后还要注意保温，避免降温速率太快。

根据春、秋两季的气候特点，混凝土浇筑完成后养护期间很可能遇到寒流，需要采取保温措施。南渡河水闸闸墩在3月中旬进行了施工，根据天气预报，浇筑完成后2天内有寒流侵袭，温度下降幅度较大，而冬季施工的暖棚已经拆除，为保证混凝土和外界温差在规定的范围内，监理要求施工单位采取覆盖岩棉被对闸墩混凝土进行保温，并派专人负责混凝土的测温工作，有效进行监控。

（十）增加构造钢筋

对于砼防裂，在工程中监理还向设计建议通过增加构造钢筋来增强对砼内部拉应力的约束，减少裂缝的发生与发展。很多建议得到了设计的采纳并起到了良好的效果。

总结裂缝是混凝土施工中普遍存在的一种现象，进行水利工程时，裂缝不仅会降低了水利建筑物的抗渗能力，而且会引起钢筋锈蚀，降低材料的耐久性，减小建筑物承载能力，严重时还会缩短工程使用年限。因此，作为监理一方，必须切实履行监理的职责，坚定地要求施工单位在施工中采取各种措施进行预防，保证建筑物和构件可以安全、稳定的工作。在已经完工的南渡河水闸工程中，监理单位通过以上所述混凝土裂缝的各种防控措施，各主要水工建筑物混凝土的抗压、抗冻、抗渗强度、外观质量等各个方面均得到了有效的控制，混凝土裂缝的防控效果良好。由此可见，只要对混凝土裂缝发生原因进行认真研究、科学对待，严格控制施工过程，就可以将水利工程混凝土裂缝控制在一定范围内。