水利工程施工中控制混凝土裂缝的技术分析

杨 浩，向官清，黄阳榴，何振剑，吴伟州

（中建五局土木工程有限公司，湖南长沙 410000）

0 引言

水利工程的建设与国计民生息息相关，只有不断加强对水利工程项目的质量监督和管理，并将严格的监管深入到项目的各个环节之中，才能为水利工程施工质量和施工水平的提升提供保障。其中，混凝土施工是水利工程施工中的一个重要环节，对水利工程混凝土施工中产生的一些裂缝问题，施工人员应当积极地、及时地予以解决，并紧抓施工重点，确保施工能够按时、高质量完成。

1 水利工程施工中混凝土裂缝类型

1.1 收缩裂缝

混凝土收缩有多余水分蒸发的干缩和体积减小的凝缩两种，实际工程中85%都为干缩，此外还有自生收缩和碳化收缩。混凝土硬化时发生从外到内的干燥，该过程将形成内部小、外部大的不均收缩，当抗拉强度不足以抵抗表面收缩受到约束产生的拉应力时就会形成收缩裂缝。施工环境较干燥时表面水分蒸发快导致变形加快，一般会产生两端细长、中间较宽的塑性裂缝。如在混凝土凝固过程中，外部水分蒸发较快，而内部水分蒸发较慢，则会导致混凝土出现收缩裂缝。在混凝土结构变形过程中，一旦外部变形产生的应力，超出了内部结构的承载能力，将会导致收缩裂缝的出现，影响工程整体质量[1]。

1.2 沉陷裂缝

在混凝土结构浇筑过程中，如果基础位置出现沉陷，将会影响混凝土结构的稳定性，造成混凝土结构面临着沉陷的风险，在沉淀部位出现拉伸裂缝，导致混凝土的结构性质发生变化，既影响混凝土的结构完整性，又会导致混凝土结构出现沉陷式裂缝，从而增加了混凝土施工难度并易出现各种问题，不利于混凝土施工的有序进行。从当前混凝土施工来看，沉陷式裂缝的出现反映出浇筑位置的薄弱，在施工中既要掌握基础结构的施工情况，又要在施工中了解沉陷式裂缝的缺陷及危害，做好裂缝的防治。因此，制定科学的应对措施，解决沉陷式裂缝缺陷，对混凝土结构的增强、混凝土结构沉陷式裂缝的消除具有重要影响，在混凝土结构裂缝的防控中需要以此为基础细化混凝土结构的施工措施。

1.3 温度裂缝

硬化期间，混凝土施工量较大、固结时间较长的工程若具有较快的施工速度，不能快速消散水化热将导致结构内部温度高于表面温度。结构内、外部温差变大势必会引起变形，当抗拉强度不足以抵抗变形受到约束产生的拉应力时，就会导致温度裂缝的出现。随温度的改变温度裂缝会合拢或扩张，并且可以分为截面均匀温差、内外温差、上下温差等裂缝类型[2]。

2 水利工程施工中混凝土裂缝成因

2.1 原材料质量与化学反应

混凝土质量在很大程度上取决于原材料的质量，所以要对外加剂、掺合料、砂石、水泥等质量实行严格控制，确保各项材料符合要求；此外，对水泥的储存环境和时间要引起重视，水泥质量受长时间储存影响可能会降低混凝土的强度。混凝土裂缝的形成还与化学反应密切相关，温度升高时碱骨料反应生成的硅酸凝胶开始膨胀，随后温度下降产生热胀冷缩，导致裂缝的形成。

2.2 施工过程不规范

施工过程不规范也是引起混凝土产生裂缝的原因。例如，在实际施工过程中，不按照施工条件及时调整施工配合比，或是在施工现场为了施工便利，擅自改变施工配合比（如随意加水），则会因为水分蒸发而产生早期裂缝；混凝土未达到设计强度便拆除模板，使混凝土过早暴露于空气中，导致混凝土表面水分散失加快，如果养护保温工作不及时，混凝土水化热极易造成混凝土内部空隙增大，进而产生裂缝；冷却水管通水时间及水温达不到设计要求，使得混凝土内部温升得不到有效控制，也会增加裂缝产生的概率；混凝土浇筑过程中，振捣方式不得当而未取得有效的振捣效果，导致混凝土出现离析现象，则表面浮浆会因水分的快速流失而出现干缩裂缝。

2.3 施工技术问题

水利工程中混凝土施工应采取有效的施工技术措施调整施工方法，提前对结构的抗剪切情况进行调查，并采取有效的应对措施予以优化，使结构的抗剪切能力得到加强。施工技术对混凝土结构的稳定性及混凝土的抗检及能力有直接影响，在施工技术的选择、施工工艺的优化及施工过程的具体落实方面应达到施工要求，围绕施工的具体情况做好施工管理工作。剪切裂缝主要与施工技术的选择有关，在施工中只有制定合理的施工方法并提高施工工艺的优化程度，才能有效避免剪切式裂缝出现，提高混凝土施工质量。水利施工中混凝土剪切式裂缝的防治必须从施工技术的应用环节入手，确保施工技术达到优化要求，解决施工质量问题，确保剪切式裂缝在防治过程中取得实效[3]。

2.4 养护不到位

混凝土可以吸收大量水分，属于吸水性较强的水利材料，在混凝土达到一定湿度后才可以固化。为此，在混凝土固化过程中，则需要开展合适的养护工作，保证混凝土获取一定的水分，将混凝土内外部的温度差进行合理控制。在温度、水分、湿度等要素得到有效控制后，则可以保证混凝土的固化质量。在实际水利工程建设过程中，由于混凝土养护工作开展不到位，使得混凝土固化质量，无法达到验收标准，严重影响到水利工程的整体运行安全性。

3 水利工程施工中控制混凝土裂缝的技术

3.1 原材料控制

施工现场应强化对混凝土原材料的质量控制。之所以要加大对原材料的监督和管理力度，是因为通过这种方式，能够确保整个项目工程的质量得到保障。同时，就混凝土原材料来说，其质量将会直接影响到混凝土的结构，因此，当混凝土建设材料骨料吸水率较高时，可以通过减少材料当中的水泥泡沫等方式，有效对混凝土自身收缩率进行降低，提高工程建设稳定性。除此之外，还可以通过提高这类材料级配等方式，在混凝土中加入具有超塑性的材料或粉煤灰，有效降低混凝土施工过程中所产生的水化热，减少混凝土当中其他材料的掺量，保证工程施工稳定。通过对固化土中水的适量添加，不仅能够有效减少混凝土自身材料收缩，同时还能保证混凝土湿润，满足实际工程建设需要。还可以通过往混凝土材料中加入高效能减水剂等方式来提高混凝土材料密度，提高材料抗聚合物性能，并进一步减少混凝土材料裂缝的出现，在进行混凝土材料配合比例规划时，应首先结合工程实际情况考虑工程施工建设水平以及浇筑过程，结合工程施工结构进一步分析，确定混凝土出现问题的原因，深入施工建设现场，对施工建设现场的整体情况进行科学调整，并进一步根据现场实际施工情况，确定混凝土材料配合比，提高整体工程建设质量[4]。

3.2 改善结构设计

在进行实际工程施工时，如何根据上述工程问题提出合理的混凝土裂缝控制措施，解决工程施工过程中的实际建设问题，是当下最重要的问题之一。要想从根本上减少建设过程中混凝土结构出现施工裂缝的可能性，不仅需要通过进一步提高工程施工质量来改善，同时还可以进一步改善工程项目整体施工结构和模式来实现对混凝土施工结构的质量控制，例如在进行实际工程建设和工程水利设计中，应当尽可能选用中等强度或低强度的环境材料进行建设，避免混凝土材料强度过高而导致的混凝土材料开裂的可能性，在实际水利过程中，应当进一步避免增加混凝土材料顶盖表面的钢筋数量来提高混凝土整体的工程建设强度，从而导致混凝土强度过强而出现的混凝土开裂问题，因此建设开工时，应当进一步制定合理有效的施工计划，改进钢筋的使用模式来阻止整体裂缝的产生。增加混凝土整体物理性质，降低混凝土施工过程中开裂的可能性。

3.3 温度合理控制

在水利工程施工时，要注重应用温度裂缝防治措施，避免出现严重的温度裂缝问题。①混凝土的配料对于防治混凝土产生温度裂缝具有积极的意义，因此需选择合适的混凝土配料。通过在配比混凝土的过程中加入混合料，可降低混凝土裂缝发生的风险，其中可加入引气剂、塑化剂等。这样既可以避免出现裂缝，又可以保障水利工程施工效果。②为防止水热化引起混凝土内部温度快速升高问题的发生，可以采取降温处理措施。一方面，可以在拌和混凝土时在水中加入冰块；另一方面，可以在搅拌碎石时提前进行冷却，以避免出现裂缝。③在夏季开展混凝土浇筑工作时，需要减小浇筑厚度，同时将冷却管放入其中，以便对其推进降温处理。通过采取以上措施，就容易平衡混凝土结构内外部温度，降低混凝土裂缝的发生概率。④气温骤降容易对混凝土结构造成不良影响，施工单位需提前了解天气温度，及时对混凝土开展保温处理工作。⑤因季节温差引发的裂缝常为容易暴露的部分，比如在上墙处就易出现裂缝，因此需要针对工程暴露的部分开展隔热或者保温处理，避免局部温度过高或者过低问题的出现[5]。

3.4 加大对添加剂的使用

水利工程施工建设中一些有经验的混凝土浇筑工作人员会在以往的实践过程中，挖掘出预防、控制混凝土裂缝的全新策略，就是加大对添加剂的使用程度。通过对减水防裂剂的合理使用是防止混凝土出现裂缝的有效对策，减水防裂剂的使用能够在一定程度上减少混凝土的用水量，还能是混凝土的收缩功能有所提高，改善水泥浆的黏稠度，避免水利工程中混凝土出现沉缩变形的情况。不仅如此，减水防裂剂还可以实现混凝土抗拉强度的增加，使混凝土本身的抗裂性能得到显著的增强。有些添加剂可以对混凝土的密实度加以改善，提高混凝土的抗碳化性。贯穿性混凝土裂缝时水利工程施工建设过程中最为严重的一种裂缝问题，要想将其进行有效的改善，就应该做好预防和控制工作，提升混凝土的性能，尤其是抗裂水平，确保混凝土的整体质量，进而为水利工程的整体质量提供保障。

3.5 科学控制施工工艺

施工工艺影响着施工水平及混凝土裂缝问题的发生情况，为此需要严格控制施工工艺。采用净浆裹石搅拌新工艺提升混凝土材料的质量，防止水分朝向石子与水泥砂浆界面集中，增强印花界面过渡层的结构致密性，提高混凝土抗压强度。研究发现，应用这种工艺可以将混凝土抗压强度提升到原来的10%以上，这对于降低混凝土裂缝发生概率具有积极意义。此外，通过使用净浆裹石搅拌新工艺还可以节约水泥，减少施工成本。其中，可节约原来水泥用量的7%。除此之外，将二次振捣工艺应用在工程建设之中，并严格控制二次振捣工艺，把水泥种类、气温、水灰比、坍落度等作为依据，明确二次振捣工艺的推进时间，防止产生接头问题。通过顺利推进二次振捣工艺，提高混凝土材料的抗压强度，抗压强度的增长率在10%～20%。

3.6 加强混凝土养护工作

混凝土养护通常被定义为施工后的混凝土保养，实际在混凝土施工的过程中一旦发生裂缝显现也是需要施工人员及时修复补救的。这样的补救可随时进行，不会耽误很长的施工周期。相比而言，混凝土施工后的裂缝修复就比较复杂，因此需要施工人员在施工后的养护方面要注意细节。根据上文所提的几种裂缝类型可知，混凝土裂缝主要在于施工后混凝土内外干涸不均，即受外界温度影响较大所致。因而除了在调配过程中把握混凝土材料比例、控制其凝固时间外，还要对其后期凝固温度展开调控，最常见的是将浇筑时间定在温度较低的夜间，或在白天对混凝土进行遮盖，以此减少温度过高和日晒所带来的表层干涸、裂缝现象[6]。

4 结语

综上所述，水利工程施工环境复杂多变，施工周期长，对于施工人员的技术、管理水平有着较高的要求。若要进一步提高水利工程的施工质量，则需要施工人员从设备配置到人员管理再到具体施工均须做到谨慎与完善。尤其针对混凝土的开裂现象，管理人员必须抓好施工现场的流程管理，引进成熟的施工技术，通过层层把关，实现对施工质量的保障，从而让混凝土施工从材料采购到配比再到温度、时间的控制都达到标准，从而实现对混凝土裂缝现象的治与防。