探析水利工程施工中控制混凝土裂缝的技术

付伟

（贵州仁信建设有限公司，贵州 贵阳 550000）

0 引言

混凝土是水利工程施工建设过程中常用的施工材料之一，因为混凝土原材料丰富，成本低，且强度高、耐久性好，在一定程度上能保障水利工程施工质量和降低施工成本。但是，混凝土容易受到温度、环境变化的影响，再加上混凝土施工过程中部分施工环节不规范、施工后混凝土养护不当等，均会影响或破坏混凝土结构，从而易引发其产生裂缝问题，不仅会降低混凝土结构的稳固性，同时还会影响整个水利工程质量，轻则影响水利工程的顺利运行，重则会引发水利工程相关灾害问题发生，从而会阻碍我国民生事业的健康发展。基于此，就需要积极探寻水利工程施工中控制混凝土裂缝技术，预防或降低混凝土裂缝问题的发生，保障水利工程施工质量[1]。

1 水利工程施工中混凝土裂缝类型及其产生原因分析

混凝土裂缝类型主要有以下5 种：①干缩裂缝，混凝土凝固期间需要蒸发和散热，这一过程会引起混凝土体积收缩，然而，混凝土凝固前长时间暴露在外，易受到外界环境的影响，导致其收缩体积和结构发生一定的变化，形成收缩应力，当混凝土收缩应力超出混凝土极限抗拉强度时，便易导致混凝土产生裂缝。②塑性变形裂缝，塑性变形裂缝指的是因混凝土异常变形而导致的裂缝，导致这种裂缝发生的主要原因为混凝土未凝固前长时间暴露在外，受外界阳光直接照射、空气湿度低、空气干燥等诸多因素的影响，导致混凝土中水分大量流失，从而导致其结构出现塑性变形，这种塑性变形使得混凝土结构强度明显降低，从而易产生裂缝[2]。③沉降裂缝，沉降裂缝指的是因混凝土内部结构出现沉裂所致的裂缝，沉降裂缝的裂纹较宽，会直接影响混凝土结构和工程的沉降量，导致这种裂缝产生的原因有地基不均匀、地基密实程度不高导致混凝土发生不均匀沉降、地质变动导致水利工程混凝土结构层荷载增大等。④温度应力裂缝，主要是因水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面温差过大所致，受内外温差的影响，混凝土会发生热胀冷缩，而混凝土体积膨胀会产生冻胀压力，且混凝土微孔中过冷的水迁移还会产生渗透压力，这两个附加力作用易破坏混凝土结构，从而易产生温度应力裂缝。⑤安定性裂缝，指的是混凝土发生龟裂，导致这种裂缝产生的主要原因为水泥安定性不合格等。

2 水利工程施工中混凝土裂缝的危害

混凝土结构是水利工程坝体结构中最重要的结构之一，当混凝土产生裂缝后，在水利工程水压力的作用下会导致裂缝进一步增大或扩宽，导致大量水渗透到混凝土内部，通过水解破坏作用损坏混凝土结构的稳定性和强度，且混凝土出现裂缝后，会导致水和其他物质进入混凝土内部造成钢筋锈蚀，从而会显著降低混凝土结构的抗拉性，进而会影响混凝土结构和水利工程整体结构的稳定性。具体来说，若混凝土重力坝发生混凝土裂缝，且裂缝达到一定的宽度和贯穿深度，会明显增加坝体扬压力，不仅会降低坝体结构的抗震能力和抗滑能力，还会威胁整个坝体的结构稳定和安全。若水利工程水库蓄水发电和灌溉坝发生混凝土裂缝，混凝土结构作为坝体的主要挡水结构，出现裂缝后无法发挥挡水作用，从而会对水利工程蓄水能力造成严重影响，如严重渗漏而不能蓄水，或形成病险坝。

3 水利工程施工中控制混凝土裂缝技术

3.1 加强混凝土施工原材料质量控制

在水利工程施工中要预防和控制混凝土裂缝的发生，需要施工人员严格把控混凝土施工原材料质量。水利工程混凝土施工需要的原材料有水泥、砂石、细骨沙、粗骨料、水、外加剂等，最大限度地降低混凝土裂缝的发生，应尽可能选择干缩值较小、抗腐蚀能力强、抗渗能力强、抗寒性高、强度高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥；砂石宜选用风化颗粒少、含泥量和有害物质含量低、强度高的石料，还需注意砂石粒形和级配差，使其与混凝土坍落度浆体用量增加相符，不可增加砂率，以免影响混凝土的稳定性；细骨料宜选用质量好、强度高以及杂质含量少的材料，粗骨料宜选用质地坚硬、粒径大、颗粒含量高、含泥量少的材料；外加剂一般选用高效或高性能减水剂，如聚羧酸减水剂，这种减水剂无须加热，能耗低，且具有良好的塑性保持能力，在拌制混凝土时加入这种减水剂，不仅能简化混凝土施工工艺和提升混凝土抗塑性变形能力，还能加快混凝土凝固速度，从而能在一定程度上预防或降低混凝土裂缝的发生[3]。

3.2 优化混凝土原材料配合比设计

选好混凝土施工原材料后，还需遵循“低水泥用量、低用水量、最大骨料堆积密度、适当水灰比”的原则合理设计各类材料的配合比，才能确保混凝土整体质量达到水利工程施工质量要求。在设计原材料配合比时，施工人员可采集少量的原材料进行试拌，在拌制过程中，尽量减少水泥用量，以降低混凝土温度升高的速度，从而避免其产生收缩而增加干缩裂缝发生概率，添加适量的粉煤灰，不仅能提高混凝土的和易性和抗侵蚀性，还能降低其内部温度的升高，从而能避免其内外温差过大而引发裂缝发生。在设计混凝土施工原材料配合比时，还需充分考虑混凝土强度高、热度低以及易受到外界温度环境等因素影响的特性，严格按照相关规定及标准做好其配合比控制，尽可能保障配比计量的准确性，这样不仅能有效保障和提升混凝土施工质量，还能预防混凝土裂缝的产生。

3.3 全面做好混凝土施工环节质量控制

施工环节，要做好混凝土结构施工，避免使用中低强度等级的钢筋替代高强度钢筋，以免增加钢筋的使用应力，从而加大混凝土结构物所受的约束应力而引发混凝土裂缝发生。另外，做好混凝土浇筑振捣质量控制是提高混凝土施工质量的关键所在，为保障混凝土构件质量，施工人员用混凝土拌和机拌制好混凝土材料后，采用手动式或电动式混凝土振捣器对其进行浇筑振捣，浇筑时需根据混凝土结构形式选择合适的浇筑方式，如面积大、长度大、厚度小的混凝土结构可采用分段分层方式进行浇筑，即先浇筑混凝土的最低层，再浇筑第二层，后续按照从上到下的顺序进行浇筑。对于长度长、厚度高的混凝土结构可采用斜面分层方式进行浇筑，即一次性将混凝土浇筑到顶端使混凝斜面形成1：3 的斜面坡度。振捣施工时，每一振动位置的振动时间不宜过长或过短，一般振捣20～30s，振捣时间过长会导致混凝土产生离析，振捣时间过短会导致混凝土振捣不密实，当混凝土表面呈现平坦、乏浆，不再冒出气泡和停止下陷提示该部位混凝土密实，但是，完成一次振捣后，不少混凝土结构中仍存在粗大骨料、多余的水膜，这些问题的存在会影响混凝土结构强度和稳固性，因此，需要进行二次振捣，也即重新对混凝土进行振捣，二次振捣不仅能促进凝土的密实度增强，提高其防渗性，还能有效控制和消除混凝土因沉陷产生的细缝及裂纹等。在施工过程中，施工人员需合理控制混凝土二次振捣时间，距离初次振捣时间间隔不宜过短或过长，过短无法发挥二次振捣的作用，过长会超出混凝土重塑时间范围，再次振捣会对混凝土结构产生一定的破坏，从而会降低混凝土质量，最佳的振捣时间为混凝土初凝前1～4h。无论是在初次振捣还是二次振捣时，施工人员均需注意观察混凝土泌水情况，若混凝土泌水量较多，可将适量的粉煤灰加入浇筑材料中，使混凝土水灰比降低，这样不仅能提升混凝土质量，还能预防裂缝的产生。另外，在水利工程混凝土施工过程中，对于孔洞周围及转角处等易发裂缝生部位，施工人员还可预防性布设一些钢筋斜筋，以分担部分混凝土的拉应力，防止混凝土拉应力超出极限范围而发生裂缝。在进行混凝土中钢筋保护层施工时，尽可能减少钢筋保护层厚度，这样也能降低混凝土裂缝发生风险。

3.4 控制和减少混凝土发热量

首先，为控制和减少混凝土发热量，施工人员可使用低发热量的水泥进行混凝土施工或减少每立方米混凝土的水泥用量，也可根据水利工程不同的应力场对施工部位进行合理分区，在不同分区施工中应用强度不同的混凝。为提高混凝土早期强度，可采用无坍落度干硬性或低流态贫混凝土，也可按照水泥用量的25%～60%掺粉煤灰，或增大配比的骨料粒径或骨料级配，增加高效外加减水剂等，这样不仅能使水泥用量减少，从而相应地减少其发热量，还能提高混凝土质量。其次，施工人员还需合理安排混凝土浇筑时间，一般安排春、秋季的早上和晚上浇筑混凝土，避免正午浇筑，浇筑前，需在浇筑材料中加入适量的冰水或冰进行拌和，并对骨料进行预冷，以使混凝土入仓温度降低。最后，施工人员需尽可能采用薄层浇筑方式对混凝土进行浇筑，以促进其散热面增加，从而使混凝土散热加速，若是高温季节浇筑混凝土且浇筑前已对浇筑材料进行了预冷处理，则采用厚块浇筑方式浇筑，以免气温过高而导致热量倒流，增加混凝土发热量。另外，还可在混凝土内预埋水管，若温度过高，可通水冷却，降低其发热量。

3.5 控制温度对混凝土凝固和浇筑过程产生的影响

在混凝土凝固和浇筑过程易受到温度的影响而产生裂缝，因此，需要采取合理措施控制温度对混凝土结构产生的影响。施工人员可选用水化热反应较小的水泥，以降低混凝土遇水化热现象的发生，从而控制混凝土内部和外部的温差，进而预防内外温差过大引发的裂缝发生。还可根据混凝土实际情况选择合适的浇筑工艺，如进行大体积混凝土浇筑施工可采用分层分段的方式进行混凝土浇筑，以加快混凝土热量的散发，避免内部热量过高导致体积发生膨胀，从而引发温度应力裂缝。另外，还可根据外界温度环境合理控制混凝土浇筑时间和时间，一般选择在上午7—10 点以及下午3—6 点进行混凝土浇筑，这些时间段属于全天温度较低的时间段，能减少外界温度对混凝土质量的产生影响，混凝土浇筑尽可能在5h 内完成，以免产生冷缝。

3.6 加强混凝土养护质量控制

完成混凝土浇筑后，施工人员需早期做好混凝土养护管理，如给长期露天堆放的预制构件覆盖草席、草袋、草帘等，防止其受到阳光暴晒，并定期给其洒水，使其保持湿润，薄壁构件堆放在阴凉处，并覆盖塑料薄膜或草席等，以免其温度发生过大变化。另外，施工人员还需加强混凝土浇筑后的检查，以防止其出现意外状况而诱发裂缝产生[4]。

4 水利工程施工中混凝土裂缝的处理方法

4.1 裂缝填充法

裂缝填充法指的是根据混凝土裂缝形态对其进行合理切割，切割出U 型或V 型凹槽，然后，在凹槽中填入密封材料，使裂缝得到有效修补，采用该种技术处理混凝土裂缝时需合理控制凹槽宽度，多适用于大宽度的裂缝处理。

4.2 表面覆盖法

表面覆盖法指的是在混凝土裂缝表面覆盖一层特殊薄膜，具体操作方法为：先采用钢丝刷等工具将混凝土裂缝表面和裂缝中的杂质、水分清除干净，尤其要保障裂缝表面干燥，然后，采用树脂对混凝土表面出现气孔的区域进行填充，填充完毕后，采用特殊薄膜对裂缝进行固化，并采用布条覆盖混凝土裂缝。该种处理技术具有操作简便、成本低、处理效果好等优势。

4.3 材料注入法

材料注入法是一种采用真空吸入法或灌浆法将特殊材料注入混凝土裂缝中修补裂缝的处理技术，常用的材料有基丙烯酸冷液注浆、水泥、环氧树脂等，其中，采用真空吸入法注入材料前，需使用真空泵将混凝土裂缝中的空气抽干，再在裂缝中注入水泥及其他加固材料，这种处理技术多适用于较深的混凝土裂缝处理，加固材料凝固速度均较快，从而能够缩短裂缝处理时间。

5 结语

受混凝土质量不合格、混凝土结构中的钢筋受到腐蚀、外界环境、混凝土内外温差过大等因素的影响，水利工程施工中易发生混凝土裂缝问题，这一问题不仅会降低混凝土结构的稳定性，还会威胁整个水利工程坝体的结构稳定和安全，并影响水利工程蓄水能力，因此，就需要施工人员探寻有效技术控制混凝土裂缝问题。如加强混凝土施工原材料质量控制、优化混凝土施工原材料配合比设计、优化混凝土施工原材料配合比设计、全面做好混凝土施工环节质量控制、控制和减少混凝土发热量、控制温度对混凝土凝固和浇筑过程产生的影响、加强混凝土养护质量控制，这样能有效预防混凝土裂缝的发生。若控制不当，混凝土裂缝发生，可及时采用裂缝填充法、表面覆盖法、材料注入法等方法对裂缝进行处理，将能有效减轻混凝土裂缝带来的危害。