水利工程施工中混凝土防裂技术的优化与应用

摘要：为了消除裂缝对混凝土结构造成的影响，避免混凝土裂缝可能给水利工程带来的质量隐患，本文以某农田水利工程为研究对象，调查和分析了渠道薄壁混凝土裂缝形成的原因，探索了混凝土防裂技术在渠道薄壁混凝土裂缝中的优化应用路径。

关键词：农田水利工程；渠道；薄壁混凝土；防裂

引言：农田水利工程是我国重要的民生工程，与农业生产有着紧密联系。在农田水利工程中，混凝土施工技术是常用技术手段，其施工质量直接影响着工程整体质量与安全[1]。在农田水利工程施工中，灌溉渠道薄壁混凝土裂缝是常见病害问题，了解薄壁混凝土裂缝形成的原因，有针对性采取混凝土防裂技术，已成为农田水利工程施工中关注的重点。

一、工程简介

国内某农田水利工程3#灌区1#干渠全长13.76km，以满足灌区农田灌溉需求为功能定位，渠道结构采用薄壁混凝土衬砌结构，在施工过程中发现薄壁混凝土结构存在大量裂缝，遂对薄壁混凝土裂缝形成的原因展开调查，旨在选择合适的混凝土防裂技术，优化渠道薄壁混凝土防裂施工技术方案，避免在其他干渠的薄壁混凝土施工中出现裂缝问题。

二、混凝土裂缝形成的原因

为了解1#干渠薄壁混凝土裂缝的成因，本文从原材料、温度、湿度等方面进行调查，总结出的调查结果如下：

（一）原材料

1#干渠薄壁混凝土衬砌结构施工中，施工原材料及配合比设计经过反复检验和试验验证，原材料质量和性能合格，混凝土配合比设计合理，不是诱发薄壁混凝土裂缝的主要原因。

（二）温度

本项目位于温带季风气候区，年平均气温为2℃～14℃，夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥。1#干渠薄壁混凝土衬砌结构施工季节为夏季，昼夜温差较大，环境温度波动频繁、剧烈，导致混凝土出现周期性膨胀与收缩。现场调查结果显示，1#干渠薄壁混凝土衬砌结构在夜间和白天的收缩与膨胀变化见表1。

根据表1所示，环境问题不同1#干渠薄壁混凝土衬砌结构的线性收缩率与膨胀率的变化较大，在温度变化幅度较大时薄壁混凝土内部可能产生较大应力，应力积累可能直接引起裂缝。

（三）湿度

1#干渠薄壁混凝土衬砌结构施工时的光照强度较大，施工结束后薄壁衬砌结构受光照和高温影响，结构内部水分蒸发速度较快，导致混凝土表面开裂[2]，特别是白天温度较高时施工，在结构与地面接触位置的水分损失速度较快，结构整体强度下降，结构内部容易出现裂缝。

三、水利工程施工中混凝土防裂技术的优化与应用要点

（一）原材料与配合比优化

1#干渠薄壁混凝土衬砌结构裂缝受原材料与配合比的影响较小，但光照强度和环境温度可能引起混凝土的干燥收缩，导致水泥浆体积变化速度超过混凝土体积变化程度。因此，为预防薄壁混凝土裂缝，施工单位可以适当调整原材料选型方案和混凝土配合比设计方案。一是优选中热硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等低水热化水泥材料；选择连续级配碎石作为粗集料，要求粗集料满足粒性级配良好、吸水率低等条件，避免选用活性骨料。二是在确保混凝土强度符合薄壁混凝土衬砌结构施工要求的基础上，在原材料中添加适量保水剂，控制水分蒸发率，避免水分损失速度过快引起的结构裂缝。

（二）温度裂缝防控技术

在本项目中，1#干渠薄壁混凝土衬砌结构裂缝形成的主要原因之一是高温。为避免高温因素引发的薄壁混凝土裂缝，施工单位在薄壁混凝土衬砌结构现浇施工前，需要了解施工环境温度状况，选择环境温度在15℃～20℃的时段进行施工。

在薄壁混凝土施工过程中，施工单位要结合外部环境温度的变化，及时计算混凝土结构的温度。例如，混凝土温度表面计算公式如下：

式（1）中，为混凝土表面温度；为大气平均温度；为混凝土计算厚度；为导热系数，

例如，当施工环境温度和混凝土表面温度较高时，施工单位可以加快混凝土浇筑速度，及时介入覆盖、洒水等遮阳和降温养护措施，降低温度升高和过高光照强度可能引发的混凝土裂缝。

（三）湿度裂缝防控技术

1#干渠薄壁混凝土衬砌结构因湿度出现的裂缝，除了受环境温度和光照强度影响外，还受施工时段的影响。要想预防湿度变化引发的裂缝，施工单位可以从以下几个方面进行优化：一是调整混凝土配合比，在确保混凝土整体强度的基础上降低水胶比，控制薄壁混凝土结构的空隙率。二是浇筑混凝土前，先在模板和浇筑基层上洒水湿润。三是调整浇筑混凝土的时间，施工前先分析当地的气象数据，结合施工现场的条件选择合适的时间进行浇筑。根据1#干渠所在区域的气候环境和温度条件，夏季尽量选择在清晨或傍晚进行施工，冬季选择在12：00～14：00进行施工。四是增加洒水养护频率，避免水分过度损失；收浆洒水时，可以在混凝土表面覆盖一层聚乙烯薄膜，减少水分蒸发损失，控制混凝土内外温差，降低裂缝发生频率。

（四）既有裂缝处理

1#干渠薄壁混凝土衬砌结构施工长度较大，无法一次性浇筑成型。在分段浇筑过程中，针对前期凝固的薄壁混凝土衬砌结构，应检查混凝土裂缝的发生情况，针对存在裂缝的部位及时进行处理，防止裂缝发展对结构整体造成影响。薄壁混凝土裂缝处理要按照“内部填充、表面封闭”的原则，在施工前提前准备补缝需求的设备，如打磨机、吹风机、灌浆设备等[3]。本项目针对温度和湿度等引起的裂缝，主要选用SK-E型环氧灌浆材料和水泥混凝土浆液进行处理。补缝材料的主要性能参数见表2。

SK-E型环氧灌浆材料进行补缝，分为表面涂抹、表面黏补和凿槽嵌补三种工艺，主要针对不同程度的表面裂缝进行处理。表面涂抹需要先沿裂缝凿槽，再用钢丝刷将槽内清理干净，在槽面均匀涂抹一层环氧基液后再涂抹SK-E型环氧灌浆材料，使材料与混凝土表面齐平[4]。表面黏补工艺与表面涂抹类似，需要适当增加凿宽和槽深。凿槽嵌补需要沿裂缝开凿深槽，槽内使用环氧砂浆进行嵌填，再用SK-E型环氧灌浆材料进行修复，表面用薄壁混凝土配比相同的砂浆进行修补，保证补缝效果的美观性。

水泥砂浆修补结构内部裂缝主要采用水泥灌浆工艺，先确定内部裂缝的位置，凿槽至薄壁混凝土基础部位，配置与薄壁混凝土型号相同的水泥混凝土材料，使用腻子刀将材料填补在槽内，再将材料表面抹平，与薄壁混凝土表面平齐。

结语：综上所述，本文以农田水利工程灌溉渠道薄壁混凝土裂缝防控为研究对象，分析了薄壁混凝土裂缝形成的原因，制定了多样化的混凝土防裂技术方案。本文认为温度和湿度是混凝土裂缝的主要原因，而影响温度和湿度的因素较多，需要施工单位适当优化原材料和配合比，合理选择施工时段，规范施工操作，及时处理既有混凝土裂缝，这样能有效预防混凝土裂缝，降低混凝土裂缝可能给工程整体质量造成的影响。

参考文献

[1]林世巍.水利工程泵站混凝土防裂及温控设计研究[J].水利科技与经济，2024，30（03）：9-13.

[2]马己安，张鑫华.水利工程中大体积混凝土温控防裂措施研究[J].科技资讯，2023，21（16）：158-161.

[3]刘翠.水利工程塑性混凝土防渗墙施工裂缝防治技术[J].地下水，2023，45（03）：275-277.

[4]陈政.泵站大体积混凝土温控防裂技术研究[J].水利技术监督，2023，（02）：143-145.

作者简介：

杨旭（1987—），男，汉族，内蒙古赤峰市人，本科，工程师，研究方向：水利