水工结构工程裂缝成因及防治探讨

谢良涛

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010）

水工结构工程项目在建设期间会受到多种因素的影响，从而导致出现结构性作业裂缝，使水工项目建设的质量受到很大的影响。因此，在施工过程中，要找到产生结构裂缝的成因并进行详细分析，制定出有效的防治措施。当前，在水工结构项目建设中，针对裂缝的处治还存在一定的不足，需要加强重视，做好裂缝的防治工作，以使工程的安全性和可靠性得到保证。

1 水工结构工程裂缝的特征

水工结构中裂缝大多产生于大体积混凝土施工过程中，因为大体积混凝土在构造及原材料构成方面，都具有一定的复杂性，多方面的因素都会影响到混凝土的构造及性能。大体积混凝土在抗压能力方面相对比较强，但是在抗拉能力方面却比较弱，这是因为混凝土属于脆性材料，抗拉能力远低于抗压能力，甚至难以达到抗压能力的10%，因此如果被外界的作用力所影响，或者受到本身收缩力的影响，就可能出现裂缝。在水工结构工程中，混凝土的用量非常大，在浇筑作业后，由于材料本身的水化热的特点，在混凝土的内部会产生非常高的温度，这时的弹性模量和变形量都很小，而随着散热混凝土温度会下降，弹性模量和变形不断加大，这时混凝土的内部就会产生较大的拉应力，但混凝土的抗拉能力非常差，所以在其内部会出现裂缝。

水工结构工程中既存在大体积混凝土，也存在钢筋构造，而这两者的抗拉能力相差比较大。在浇筑大体积混凝土时，如果钢筋的用量与标准需求不符，就会降低混凝土的承受能力；而且因为面积非常大，也会与外界有较大的接触面，外界的水分与空气会对钢筋产生一定的侵蚀作用，在其内部非常容易产生拉应力，这会在很大程度上破坏大体积混凝土。

2 水工结构工程裂缝产生的原因

2.1 钢筋锈蚀引起的裂缝

因混凝土质量差或保护层厚度不足，混凝土保护层被二氧化碳腐蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围的混凝土碱性降低，或因氯化物介入，钢筋表面的氯离子含量增加，会引起钢筋表面氧化膜破坏。钢筋中铁离子与侵入混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原混凝土大2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，造成保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，有锈迹渗入混凝土表面。腐蚀使钢筋有效截面面积减少，钢筋与混凝土的夹持力减弱，结构承载力降低，还会引发其他开裂形式，加剧钢筋锈蚀，造成结构被破坏。

2.2 建材碳化收缩

二氧化碳的湿度、浓度会影响建材的碳化收缩。一旦建筑物下方有碳酸地下水，就会造成碳化收缩的问题。这时，建筑物的混凝土抗拉强度如果低于混凝土碳化的收缩力，混凝土就很容易开裂。此外，碳化收缩难以改变，混凝土很容易暴露出来，处于二氧化碳浓度较高的条件中，很容易开裂。

2.3 建材失水收缩

在水工结构施工过程中，水泥是非常重要的材料。在水泥应用过程中，最常见的问题就是温度与湿度的变化，这就导致水泥中存积的水分也会发生变化，失去水分就会导致出现收缩问题。因此，在水泥失水的过程中，水泥石也会出现收缩，从而形成裂缝。在水工结构工程中，失水收缩是产生裂缝的一个常见原因。

2.4 直接作用产生裂缝

水工结构工程在进行混凝土施工的过程中，受到各方面的压力与重力等直接作用，会导致裂缝，如土块压力、构造物自身的重力等。在设计过程中，可以明确荷载，从而科学有效地进行把控。在结构裂缝中，由直接应力产生的裂缝占1/4。

3 水工结构工程项目施工中裂缝的防治策略

3.1 严格控制施工的原材料

根据施工经验，严格管控施工原材料，在选取材料的过程中做到科学谨慎，是将水工结构大体积混凝土中裂缝控制在一定范围内的有效措施。控制混凝土的配比，对提升混凝土质量有着重要的意义，因此要加强对混凝土材料配比比例的研究和控制。因为泥沙、水泥、砂砾等是原材料的主要构成部分，所以在选取这些材料的过程中需要加强注意。（1）要注意避免选择沙石中含泥量高的材质，这类材料不具备较好的性能，而且强度也比较弱；（2）在选取材料的过程中，应尽量选取砂砾较大的材质，一旦选取到砂砾较小材质，会造成使用量大并且产生大量热量，同时要选择收缩系数较小的材质，以降低混凝土的内部应力；（3）需要细致筛选各类添加剂。总之，在选择原材料时要处处小心谨慎，从材料上控制裂缝的产生。

在选择原材料时，要尽量选择水泥含量比较少的混凝土，这样能够在一定程度上有效处理大量的水化热。随着科学技术的快速发展，我国很多工程中都采取了混掺煤灰与矿渣的手段，以降低水热化的发生频率。具体而言，在调配混凝土的过程中，需要结合工程的实际需求，适当增添相应的添加剂，从而有效增强混凝土的强度。

3.2 合理有效地控制温度

混凝土出现裂缝，温度的变化是一个重要的原因。但是温度是一个变化较大的因素，很难随时对温度进行有效控制。因此在控制温度时，一定要严格按照标准来执行，在进行混凝土浇筑前，要结合相关的数据，如体积等，计算出浇筑时能够达到的温度，从而实现对混凝土温度变动的有效控制。

3.3 把控施工进程

在施工的过程中没有正确操作，或者产生不恰当的行为，也会导致水工结构大体积混凝土裂缝，因此需要严格有效地控制施工的进程。（1）在施工作业时间方面，应选择恰当的时间，避免选取在过冷或过热的时段进行施工，施工作业的时间最好选取在春秋季节。（2）温差过大也容易导致裂缝，在施工过程中，采取分层浇筑或分块浇筑的办法来改善这一问题。在浇筑过程中应避免中断，并在混凝土中设置冷却水管。（3）在完成混凝土浇筑工作之后，应对表面及时进行潮湿保养工作，有效预防表面干裂破坏。

4 结束语

研究并分析水工结构工程裂缝出现的原因，对于促进国家的发展进步有着重要的作用。水工结构工程裂缝治理的关键仍然在于预防，同时后期也需要做好维护工作。由于水工结构施工会被许多不确定因素所影响，在施工设计的过程中，预防措施方面难以保证周全，容易出现漏洞，因此需要在施工技术方面加强控制，以最大限度减少不确定因素对水工结构的设计和施工的影响，从而有效减少工程裂缝的产生。在裂缝产生之后，要及时对其进行修补或加固，有效做好对裂缝的控制，使结构工程功能的发挥得以保证。