浅谈水工大体积混凝土施工浅表裂纹的预防

摘　要：本文通过对水工混凝土裂纹产生的原因展开深入的分析，根据原因采取相应的技术措施进行有效的控制，并在工程实践中得到了成功的应用，取得了良好的感观质量，达到了内实外美的预期目的。具有良好的实用价值和借鉴意义。

关键词：水工；大体积混凝土；浅表裂纹；预防
　　所谓大体积混凝土是指结构断面的最小尺寸至少大于80公分，水化热导致的混凝土内部最高温度和外界环境温度差大于25 ℃。大体积混凝土出现裂纹的根本原因是由于混凝土受到不同程度的约束后无法自由收缩，差异应变所产生的拉应力要超出混凝土的抗拉强度，因此裂纹就会产生，由此可见，如果混凝土结构受到温、湿度的影响后体积变化不会受到约束，那么就不会出现裂纹。
1.裂纹成因分析
1.1温度影响形成裂纹
　　裂纹成因在工程验收时各方有几种不同意见：挡土墙纵向分缝15m间距过大，由于地基不均匀沉陷造成墙体竖向裂纹；由于施工期混凝土配合比控制不好、养护条件差，水泥水化热作用造成混凝土硬化时体积变化较大而出现的裂纹。笔者不赞同上述两种看法。首先，该挡土墙工程地基均匀、坚实；两侧填土基本等高，土压力对称；墙体断面单一且自重较轻；分缝跨度为15m，符合文献要求；混凝土强度等级为C20及钢筋配置均为标准设计情况；且未经历过洪水，不具备第一种意见即由不均匀沉陷产生结构性破坏的条件。其次，对第二种意见，混凝土硬化时会释放大量水化热，导致混凝土内胀外缩，在混凝土表层产生拉应力，当拉应力超过混凝土的允许抗拉强度时，产生表面裂缝。但对于薄壁混凝土结构，由于散热较快，温升不高，内胀外缩变化很小，不致产生裂缝。况且水泥水化热作用引起体积变化产生的裂纹发生于施工期混凝土硬化过程，而该挡土墙工程裂纹产生于工程完工1a以后为工程运行期产生的裂纹。
　　该挡土墙工程的裂纹主因是挡土墙外露表面面积过大，受外界气温高、湿度小和结构表面受日照影响，导致墙体混凝土湿度变化引起的混凝土干缩而产生的。挡土墙在运行初期，墙体混凝土含水率较大，由于外露部分表面积较大，随着运行期的延长，墙体含水率逐渐减少，以至混凝土逐渐干缩。同时墙体受内部水平布置钢筋约束，阻抗混凝土收缩，使混凝土内部产生水平向拉应力。当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，便在薄弱处开裂，形成竖向裂纹。开裂后由于开裂松弛使裂纹周围一定范围内混凝土拉应力逐渐减小，因此才会出现间断裂纹。又由于混凝土受施工条件影响使干缩程度及抗拉强度大小有所不同，以致会出现间隔距离不等的裂纹。
1.2混凝土塑性收缩引起的裂纹
　　这种裂纹常出现于大面积的板、壳表面，是在混凝土浇筑后数小时因气温高，风速过大等原因使混凝土表面蒸发速度超过了本身泌水速度而造成的，裂纹呈不规则的鸡爪型，一般均为细微的表面裂纹，可用覆盖养护等措施防止，如若出现，只须作表面封闭处理即可。
　　大体积混凝土中的骨料塑性下沉受到顶部钢筋的阻碍，使钢筋处的沉降与两侧的沉降相差过大时，就会在钢筋上方出现顺筋的表面裂纹，这种裂纹可通过改善配合比减少泌水，加大保护层厚度等来防止，在初凝前将表面重新抹面压光也可使裂纹闭合。
2.预防措施
2.1优化混凝土的设计配合比
　　采集原材料进行试拌，尽可能地减少水泥用量，添加I级粉煤灰，将水胶比控制在规范允许的范围内，粗骨料采用二级配。掺入适量的粉煤灰对改善混凝土的和易性、降低温升、减少收缩、提高抗侵蚀具有良好的作用。在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。
2.2加强混凝土养护措施
　　在混凝土拆模后要挂草帘或铺草浇水，以便养护保湿。初浇注的混凝土就好像初生婴儿，要加倍的关心和爱护。混凝土的保养不仅是为了预防初期产生裂缝，还能促进混凝土后期的稳定，保障其承压能力和强韧度。对于混凝土的养护，在现代水利工程施工中，都需要得到充分的认识和重视。由于钢筋锈蚀是氧化反应，氧化是产生锈的主要原因，因此，加强混凝土的密实度，防止空气进入，加强混凝土表面的保护层厚度，预防氧化。在混凝土表面喷涂或涂刷聚合水泥砂浆、沥青、环氧树脂等防腐层。选择抗腐蚀性强的钢筋材料和混凝土材料，避免使用碱骨料等措施，对防止混凝土裂缝有较好的效果。碱骨料化学反应对结构的耐久性影响很大，为控制碱骨料的化学反应，最好选择优质骨料和低含碱量的水泥以及中性拌和水，在提高混凝土密实度的同时合理降低水灰比。
2.3避免混凝土基础不均匀沉降
　　解决方法有减轻结构的重量，合理安排施工的工序，改善混凝土结构等。如果只简单的依靠减轻结构重量来控制沉降，只会使整个结构的自身重量加大，稳定性不强，会加重不均匀的沉降。在工程实践中，应以抵抗不均匀沉降为主要保护措施。
2.4沉陷裂缝的预防措施
　　要保证地基的稳定，对松软土的地质结构在施工前要进行必要的夯实和加固。要保证模板有足够的强度和刚度，有较强的支撑力，保证地基的受力均匀。混凝土在浇注的过程中不能被水浸泡，模板的拆除要控制在一定的时间以内，还要注意拆模的先后顺序。在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。
2.5施工管理措施
　　首先，要增加技术含量，加强技术管理。技术是贯彻整个施工工艺流程的重要工作。在混凝土浇筑施工过程中的施工技术至关重要，可以影响到整个工程的质量及安全。因此，技术管理在施工中具有重要作用。要建立技术交底责任制，并加强施工质量检验、监督和管理，从而提高质量；严格依照施工技术规范及质量标准进行检验，建立健全质量检测机构和检验制度。其次，实行全面的质量管理，全面提高工程质量。在全面质量管理中，质量和全部管理目标的实现有关，它把过去的以事后检验和把关为主转变为以预防为主；从过去的就事论事、分散管理，转变为以系统的观点为指导进行全面的综合治理，突出以质量为中心，围绕质量开展全员的工作，从而提高工程质量。
3.引水洞裂缝处理
　　针对水工混凝土建筑物的裂纹特性， 国内外学者把裂纹分为死缝、活缝和增长缝等3种。对以上3种裂纹需采用不同的修补方法。对死缝可用刚性材料填充修补；对活缝则应采用弹性材料修补，若采用刚性材料填充，修补就会失败，或在靠近修补部位出现新裂纹；一般对活缝的修补选在引起活动的因素消除后再进行；对增长缝，首先必须消除引发裂纹因素，否则修补后裂纹仍会继续出现。经过对引水隧洞的结构分析，并观测了裂缝开裂与发展情况之后，初步认为引水隧洞的裂纹属活裂纹，并有增长的可能性。裂纹的成因较为复杂，除了其本身所处岩层较为不利以外，混凝土二次衬砌中未充分考虑围岩类别的变化并做相应的衬砌结构调整；以及洞内混凝土衬砌施工缝所选用BW止水条对承压结构及渗水量大等情况适应性较差；当地混凝土骨料含碱性成分等因素均有可能造成洞内混凝土衬砌结构开裂。
　　对于活性裂缝，所选灌浆材料要能适应裂缝的开合变化。裂缝的微小位移对于缝的开度来说将是很大的伸长和压缩变形，由于引水隧洞自身结构的不足，地应力的变化必然导致洞体裂缝处于反复的拉压状态，加之水电工程所处的自然环境恶劣，要长期遭受到反复的冻融、干湿循环、温度强烈变化等因素，因此对引水隧洞裂缝的处理，除了防渗要求之外，还对结构补强也提出了要求。为此，在材料选择上排除收缩性材料，而选择了具有一定弹性并有良好防渗性能的水溶性聚氨脂。
总结
　　通过研究建议对薄壁型外露混凝土结构在施工期采用补偿收缩水泥、掺用膨胀剂，长期养护及完工后表面刷保水涂料等措施予以防治。需要说明的是，对大体积结构以及位于水下、与水接触、填土覆盖的工程可不考虑湿度作用。
参考文献
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