摘" 要：水利工程建設中，混凝土結構是最基礎的一項，受溫度變化、水分變化、結構變形等各種因素影響，混凝土極易產生裂縫，混凝土裂縫直接關系到水利工程的結構穩(wěn)定性以及功能可靠性。鑒于此，該文以混凝土裂縫防治作為研究內容，分析裂縫病害的具體形成原因，并提出具體的防治處理措施，從而盡可能規(guī)避混凝土裂縫所帶來的風險，同時遏制混凝土裂縫的出現。

關鍵詞：水利工程；混凝土裂縫；防治技術；結構穩(wěn)定性；防治措施

中圖分類號：TV544" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）35-0１７１-0４

Abstract： In the construction of water conservancy projects， concrete structure is the most basic one. Due to various factors such as temperature changes， moisture changes， and structural deformation， concrete cracks are easy to produce. Concrete cracks are directly related to the structural stability and functional reliability of water conservancy projects. In view of this， this paper takes the prevention and control of concrete cracks as the research content， analyzes the specific causes of crack diseases， and proposes specific prevention and treatment measures， so as to avoid the risks brought by concrete cracks as much as possible and at the same time curb the emergence of concrete cracks.

Keywords： water conservancy engineering; concrete crack; prevention technology; structural stability; prevention measures

現代水利工程項目中，混凝土裂縫是常見的質量病害，受到材料、工藝操作、現場環(huán)境條件等因素影響，混凝土結構硬化成型期間常形成裂縫，影響了混凝土結構的使用性能，并縮短水工建筑物的使用壽命，甚至引發(fā)結構滲漏等一系列問題。為此，應分析各類型裂縫產生的原因，采取科學的混凝土裂縫的修補技術及預防措施，保障混凝土結構安全。

1" 水利工程施工期間混凝土裂縫病害的形成原因

1.1" 原材料質量

在建水利工程普遍采用大體積混凝土技術，一次性把幾何尺寸超過1.0 m的混凝土結構澆筑成型，如混凝土重力壩，可以減少重復施工次數，縮短工期時間，增強水工建筑物結構的整體性。與此同時，大體積混凝土技術存在一定的工藝局限性，例如表面系數小、水化熱釋放集中，對原材料性能質量要求高，如果仍按照傳統(tǒng)施工標準選用原材料，混凝土結構極易形成溫度裂縫和收縮裂縫。例如，從水泥材料角度來看，選擇水化熱程度較高的水泥材料，在混凝土養(yǎng)護期間，內表溫升速度失衡，內部溫度往往會超出表面溫度20～40 ℃，出現熱膨脹現象，形成過大拉應力而致使結構變形開裂[1]。

1.2" 配合比設計

從配合比設計層面來看，水灰比失控和原材料用量比例不合理，都會明顯提高結構開裂率，難以維持混凝土結構良好的狀態(tài)。例如，在水灰比失控、拌合水用量超標的情況下，混凝土材料容易出現離析現象，結構硬化成型期間提前出現收縮變形情況，演變形成早期裂縫，如沉降裂縫和塑性收縮裂縫，還會降低混凝土結構強度與耐久性。如果水泥材料用量過多，水泥用量、混凝土結構體積變化程度成正比，將提高干縮裂縫與塑性收縮裂縫出現率。水泥混凝土配合比設計見表1。

1.3" 結構設計

當前部分水工建筑物結構體系設計方案不合理，存在配筋率低下、結構縫位置設置有誤、結構內部約束多等問題?；炷两Y構硬化成型與水工建筑物投運使用期間，在局部變形以及受力影響下，整體結構出現一定程度的變形現象，在抵抗力薄弱部位形成裂縫。以配筋設計為例，僅考慮受力控制斷面主筋布置問題，并未衡量構造鋼筋數量、分布位置是否合理，實際布置情況沒有完全滿足混凝土結構使用要求，應力集中部位和界面突變部位極易形成裂縫。

1.4" 施工工藝

混凝土施工分布大量技術細節(jié)，施工人員要嚴格把控全部技術細節(jié)、規(guī)范自身操作行為，如果出現誤差和違規(guī)操作，將改變混凝土結構狀態(tài)，形成裂縫。例如，在混凝土拌制運輸環(huán)節(jié)，常見施工問題包括各批次混凝土實際配合比不統(tǒng)一、混凝土離析、水泥漿損失程度超標。混凝土澆筑振搗環(huán)節(jié)，常見施工問題包括澆筑溫度過低/過高、省略二次振搗與二次抹壓步驟、模板變形失穩(wěn)、保護裝置不合理，最終在混凝土表面和保護層較薄位置開裂。而在混凝土養(yǎng)護環(huán)節(jié)，常見施工問題包括養(yǎng)護溫度驟降、過早拆除模板、混凝土表面干濕狀態(tài)交替、缺少溫度控制措施。混凝土施工工藝流程如圖1所示。

2" 水利工程現場施工中的混凝土裂縫防治技術措施

2.1" 原材料質量控制

水利工程施工期間，提前掌握工程資料信息，根據現場條件、工藝技術種類來做好原材料選型工作。例如，采取大體積混凝土澆筑技術時，應選擇低水化熱品種的水泥材料，選用緩凝劑與減水劑作為外加劑、粉煤灰當作摻合料、連續(xù)級配碎石當作粗骨料、中砂作為細骨料。同時，不推薦使用低熱礦渣硅酸鹽水泥，此類水泥材料的析水性過強，混凝土澆筑振搗過程中，澆筑層表面持續(xù)析出大量水，存在泌水問題，造成降低結構觀感質量與施工效率的現實影響。隨后，入場環(huán)節(jié)與混凝土拌制前，重復檢查各批次原材料的質量狀態(tài)，隨機挑選一批樣品，檢測影響混凝土結構開裂性能的原材料性能，判斷實際性能是否滿足設計要求，禁止使用劣質原材料。例如，對于42.5級普通硅酸鹽水泥材料，以凝結時間、安定性、細度、抗壓強度與抗析強度作為檢測內容，要求初凝時間不少于45 min，終凝時間不超過10 h，安定性不超過5 mm，80 μm篩余細度不超過10%，3 d齡期時的抗壓強度與抗析強度不低于16 MPa和3.5 MPa，28 d齡期時的抗壓強度與抗析強度不低于42.5 MPa和6.5 MPa[2]。

2.2" 優(yōu)化配合比

根據水利工程施工要求來確定混凝土性能指標要求，初步制定配合比方案，按照既定方案來拌制少量混凝土、制作標準試件，再測定混凝土坍落度、擴展度，檢測標準試件的力學性能。隨后，比對測定結果與性能指標要求，如果二者存在出入，表明原材料用量比例不合理，或是原材料品種有誤，針對性調整配合比方案，直到混凝土性能完全滿足施工要求。例如，對于混凝土早期抗裂性能，推薦采取平板試驗方法，制作600 mm×600 mm×60 mm規(guī)格的試件，試件澆筑振搗完畢后，表面覆蓋塑料薄膜并于2 h后取下，平板中心部位上方1 m高度照射1 000 W碘鎢燈，外側放置風扇，試驗時間控制為5 h，結束試驗后24 h測量裂縫長度與寬度，計算裂縫開裂總面積和裂縫降低系數，以裂縫降低系數作為評價防裂效能等級的依據，裂縫降低系數不小于0.85、處于0.70～0.85區(qū)間、處于0.50～0.70區(qū)間時，防裂效能等級分別為一級、二級和三級。必要情況下，以減少水泥用量、調整砂率、變更骨料粒徑級配、摻加高效減水劑作為配合比方案的優(yōu)化調整方向[3]。

2.3" 優(yōu)化結構設計方案

為降低混凝土結構開裂率與增強抗裂性能，并行采取設置結構縫、鋼筋補強、不良地基處理3項優(yōu)化措施。第一，設置結構縫。以消除大體積混凝土結構內部約束應力、控制變形程度為目的，根據工程情況來選擇結構縫類型，包括拼接縫、伸縮縫、抗震縫與沉降縫，可以合并使用多類型結構縫，例如，對于比表面積較大的混凝土結構，優(yōu)先留設引導性勾縫，引導混凝土結構在預定位置開裂，用于釋放內部積蓄高應力。第二，鋼筋補強。如果混凝土結構局部或是斷面承受過大拉應力、壓應力，則需要增設適量數量的構造鋼筋，或是在受力集中部位增設鋼筋網，構造鋼筋直徑控制為8～14 mm，相鄰構造鋼筋布置間距控制為100～150 mm，避免結構薄弱部位形成裂縫[4]。第三，不良地基處理。結合巖土勘察報告來掌握水利工程現場水文地質條件，驗算天然地基承載能力，如果上部荷載超出地基極限承載能力，或是存在不良地質問題，則在設計方案內額外采取不良地基處理措施，避免地基不均勻沉陷、過度沉降而導致上部混凝土結構變形開裂，地基處理形式包括墊層換填、粉噴樁、強夯和排水固結等。

2.4" 纖維抗裂

纖維抗裂措施強調改變材料特性來強化抗裂性能，在常規(guī)配合比方案基礎上，額外摻加少量纖維材料，如聚丙烯纖維、鋼纖維，纖維與水泥基料共同組成復合材料，纖維體在混凝土結構內部橫向網狀分布，起到延緩裂縫形成時間的作用。等待混凝土結構開裂后，纖維還會抑制裂縫繼續(xù)發(fā)育，并替代水泥基料承受主要外力。纖維抗裂措施實施期間，重點關注纖維種類選擇、確定纖維最佳摻量兩項問題。第一，纖維種類選擇。主流纖維材料為聚丙烯纖維、鋼纖維2種，根據往期施工情況來看，二者分布狀態(tài)、拌和工藝、結構外觀、用水量要求存在明顯差異。聚丙烯纖維在混凝土拌合物內均勻分布，對拌和設備無特殊要求，拌和時間與用水量無需調整，也不會降低結構觀感質量，推薦使用此類纖維材料。鋼纖維容易出現結團現象，必須使用到強制式拌和機，拌和時間延長10～30 s，根據纖維摻加量來調整單位用水量與砂率，鋼纖維生銹時還會在結構表面形成銹蝕污點[5]。第二，確定纖維最佳摻量。提前制備摻入纖維與未摻入纖維的混凝土試件，開展大圓環(huán)試驗，模擬混凝土結構在約束情況下的裂縫形成發(fā)展過程，掌握纖維摻量與裂縫寬度減小程度、初始裂縫發(fā)生時間的關系，從而確定最佳摻量。例如，對于C40混凝土，聚丙烯纖維摻量控制在1.2 kg·m-3水準，28 d齡期時仍未出現開裂情況，如果摻量低于這一標準，雖然仍舊取得一定程度的抗裂效果，但在7～28 d齡期期間會形成裂縫。

2.5" 控制施工過程

推行標準化施工模式，對混凝土現澆施工過程的技術細節(jié)、操作標準、流程步驟進行嚴格規(guī)定，施工人員需保證操作的規(guī)范化和標準化，避免結構開裂。例如，在混凝土拌制環(huán)節(jié)，準備臥軸式或是逆流式攪拌機，檢測原材料質量狀態(tài)與稱取用量，用量誤差控制在1%以內，重點控制投料順序與攪拌時間，特殊天氣下制定專項施工方案，如在冬季施工背景下，提前對拌合水、集料進行預熱處理，并把攪拌時間延長50%，檢測混凝土出機溫度與入模溫度，分別不低于10 ℃與5 ℃[6]。在混凝土澆筑振搗環(huán)節(jié)，推薦采取分層澆筑方式（圖2），單層厚度不超過0.3 m或0.5 m，交替開展各層級澆筑振搗作業(yè)，上層初凝前完成下層振搗作業(yè)，并組織二次振搗與二次抹壓作業(yè)，起到改善結構狀態(tài)、消除表面細微裂縫的作用。而在混凝土養(yǎng)護環(huán)節(jié)，養(yǎng)護時間不得少于7 d，覆蓋塑料薄膜，保持表面濕潤狀態(tài)，要求內表溫差不超過25 ℃，養(yǎng)護溫度不低于5 ℃，必要時采取溫控措施，避免混凝土溫度裂縫與干縮開裂。

2.6" 處理早期裂縫

2.6.1" 常見修補方法

根據現場施工情況來看，在多重因素共同影響下常出現早期裂縫，以混凝土結構終凝前后作為早期裂縫的高發(fā)時間，早期裂縫危害程度有限，基本不會削弱混凝土結構使用性能，如圖3所示。如果放任裂縫存在，不及時采取處理措施，隨著時間推移，裂縫寬度、深度與長度有所增加，嚴重時演變形成貫穿型裂縫。對此，施工人員必須及時處理早期裂縫，根據裂縫類型來選擇恰當的處理方法。例如，對于表面穩(wěn)定裂縫，采取表面抹灰方法，選用水泥漿、環(huán)氧砂漿或是水泥砂漿作為修補材料，裂縫表面保持潔凈狀態(tài)，反復涂刷多遍修補材料，用于封閉裂縫。對于深度較大的穩(wěn)定裂縫，采取注漿修補方法，選用甲凝溶液或是環(huán)氧樹脂溶液作為黏結劑，清理裂縫內部，放置灌漿嘴，壓力作用下把黏結劑注滿裂縫內部。而對于較深裂縫，則采取鑿槽嵌補方法，裂縫開鑿為V型槽，槽內注入瀝青材料或是化學補強劑，再使用環(huán)氧砂漿封閉裂縫表面[7]。

2.6.2" 修補材料的配制與施工

針對不同類型、不同深度及周邊環(huán)境的影響，技術人員應當選擇合適的修補材料，在滿足耐久性設計要求的基礎上通過對不同類型、性能的修補材料的比較，選擇最合適的修補材料，確定最優(yōu)修補方案。目前常用的修補材料主要有水泥基修補材料、高分子修補材料、環(huán)氧樹脂修補材料等。對于不同性質的混凝土，技術人員可以選用相應的修復材料，并且根據修補材料的配方標準對其進行精確的配制，通過試驗確定最佳配合比參數。在配制修補材料過程中，技術人員應當保證各組分按預先確定的比例混合，避免由于偏差造成材料性能不穩(wěn)定。當前常見的修補材料有灰漿、混凝土、瀝青和高分子乳劑等。一般情況下，修補材料可采用人工涂刷、噴淋或灌注等多種方式進行施工。為了提高修補效果，技術人員可采用機械切縫方法對其進行修補。在具體施工過程中，技術人員要保證修補材料均勻涂抹，裂縫填充要充分，修補層的厚度及密實度要達標。在裂縫修補施工時，技術人員還應嚴格控制環(huán)境溫濕度，降低環(huán)境因素對修補材料的不利影響[8]。另外，針對不同的結構類型，應對修補的結果進行跟蹤監(jiān)測，特別是在高溫、低溫環(huán)境中，需要采取相應的措施來保證修復材料的性能穩(wěn)定。

2.6.3" 修補后的養(yǎng)護與檢測

施工人員在完成裂縫部位修補后，需要對其進行細致的養(yǎng)護和檢查，通過養(yǎng)護和檢測能夠客觀評價裂縫修補情況、水利工程混凝土結構的性能。如果檢測結果沒有達到標準要求，那么施工人員需要進行再次修補和調整，直到達到規(guī)范標準要求。

修補后的混凝土養(yǎng)護是保證修補材料充分固化硬化的重要步驟，具體來講，施工人員通常會采取濕法養(yǎng)護避免修補材料在養(yǎng)護時出現開裂等問題。在后續(xù)養(yǎng)護過程中，技術人員要密切注意環(huán)境溫濕度，適當延長養(yǎng)護時間，使養(yǎng)護工作取得最佳效果。在混凝土裂縫修補后的檢測階段，技術人員可以利用激光掃描技術對修補處不同深度的混凝土內部缺陷進行檢測和定位，還可以采用多種測試方法，如硬度、密封性、外觀及黏接強度等，全面評價修復區(qū)的硬度、封閉性、外觀質量及黏接性能。根據檢測結果，施工人員可以及時調整、完善加固技術，保證加固效果滿足設計要求，延長結構服役年限。

3" 結束語

綜上所述，裂縫防治處理已成為當前水利工程施工體系的重要組成部分，也是改善水工建筑物使用體驗、延長結構體系使用壽命的重要前提。施工單位必須提高對裂縫防治問題的重視程度，全面掌握裂縫形成原因，并行落實原材料質量控制、優(yōu)化配合比、優(yōu)化結構設計方案、纖維抗裂、控制施工過程和處理早期裂縫等防治技術措施，建設高品質水利工程。

參考文獻：

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