水工建筑物混凝土裂缝成因与防治措施研究

1. 裂缝给水工建筑物带来的潜在不利影响

水工建筑物中含有大量混凝土结构，如果出现裂缝危害，除了造成结构稳定性下降以外，同时会腐蚀结构内部作为骨架的钢筋体系，任其恶化蔓延会从整体上削弱水工建筑物的安全稳定性，进而带来一系列其它安全隐患，不利于水工建筑物中的大坝以及水闸运行安全，缩短使用寿命。

2. 水工建筑物中混凝土结构的裂缝成因

2.1. 材料质量性能

水工建筑物建设期间使用大量施工材料，其质量性能与混凝土结构裂缝的形成有非常直接的因果关系，质量性能中的弹性模量、抗压及抗拉强度，是最重要的 3 个指标。举例来说，水工建筑物施工过程的混凝土结构使用大量水泥、石料、砂料和外加剂，如果材料配比设计存在失误，就会损害混凝土浇筑成型后结构的抗裂能力。水工建筑物施工过程中的水泥材料，一般以普通硅酸盐类型为主，此类水泥有着 0.00001℃的热膨胀系数，浇筑之后遇到温变就会出现内部应力，如果混凝土所用的细骨料粒径在 5mm 以下，就会加大材料孔隙率，从而引起轻微裂缝。这就要求施工企业及时强化材料的质量性能，尤其要提升其抗拉强度和经久耐用性，如果疏忽大意未能及时强化，且混凝土结构长期在温变剧烈的环境条件下直接曝露，就会腐蚀结构表面和内部，进而降低结构的安全稳定性。

2.2. 温度差导致应力应变

由温差导致的应力应变，在水工建筑物中的混凝土结构裂缝成因中属于关键诱因。浇筑入模的混凝土，其中的水泥材料存在水化反应过程期间的热量释放量非常大，促使内部温度急剧升高，最高可超过 80% ，此时结构表面温度只有接近 25°C ，巨大的内外温差引起结构内部膨胀表面收缩的反差，导致温差裂缝。结构内部产生的水化热，时间一长就会大量积聚，促使结构内部温度快速攀升，但是结构表面夜里温度快速下降，如果表面温度降幅达到 5℃ /h 以上，表面和内部的膨胀速度产生明显差异，内部应力积聚之处就会出现裂缝。以某水工项目为例，该项目的浇筑温度为 28°C ，结构内部温度最高可达 50.1^qC ，考虑徐变的干缩当量温差为 17.6% ，该结构内部最大温度应力为 5.31Mpa 。根据最大应力计算公式：

σmax = ∑ σ（t） =【∑ Kp（t）R（t）E（t）α/（1-μ） 】ΔT（t）

可知，温度应力与浇筑后总温差强相关，如果浇筑温度为 0% ，内部温度最高可达 41.3°C ，干缩当量温差为 8.1°C ，温度应力最大值为 1.69Mpa_⨀ 。

2.3. 工艺流程执行不力

水工建筑物中的混凝土结构之所以出现裂缝危害，与施工过程及养护作业期间工艺流程执行不力有密切关系。浇筑作业期间如果对分层厚度及入模速度控制不当，凝结固化后的混凝土结构均匀密实度可能不达标，是导致裂缝的诱因。如果混凝土结构厚度超过1.5m ，即属于大体积混凝土，此类结构大量存在于水工建筑物中，如果未能合理实施分层或分段浇筑，结构内外极易产生巨大温差。如果结构养护作业期间选择的方式不当，结构表面易发收缩裂缝。

3. 水工建筑物中混凝土结构的裂缝防治

3.1. 提前预防

① 提升配比设计合理性

设计人员须科学归类不同的混凝土材料，提升配比设计的合理性。设计人员须根据混凝土设计规范需要，加强材料质量控制力度，深入研究投料标准，设置适用的用水量及含水率等指标，重点完善配比设计中成料的抗裂能力，保证成料拥有更高的刚性、韧性以及可塑性。

② 减少开裂可能性

混凝土一旦浇筑入模，内部越来越高的水化热会削弱材料质量性能。这就要求施工企业选择适用的工艺流程和作业机械，添加适用的吸热剂等进行温度调控，持续完善工艺流程，选择恰当养护方式，减少混凝土结构开裂的可能性。

③ 加强养护作业

水工建筑物施工要提升混凝土结构质量性能，要选择适用作业机械，还要制定合理的养护作业方案。浇筑作业完成后半天即可开始养护作业，期间结构表面须均匀喷水，整个养护期表面须始终处于湿润状态。施工企业还要结合天气旱涝程度合理养护，且养护期须超过14 天。

④ 添加防裂剂

设计人员须提前研究结构防裂需要，在设计方案中添加防裂剂开展施工和管理，保证混凝土结构内部质量性能安全稳定，防控潜在的裂缝危害。而且还要提前对原料进行含水量检测，结合材料即时状态和施工需要进行裂缝防控，保证结构成型后拥有足够的抗裂能力。

3.2. 裂缝处理

① 表层处理

水工建筑物中混凝土结构的一些裂缝位于表层，处理期间须结合工程安全管理需要采取适当措施。第一，提前明确裂缝所在位置，以适用水泥浆在裂缝部位灌注和涂抹，在喷洒养护剂提升处理成效；第二，把防碳化物质铺设于结构表面，防止结构内部因不利影响因素引发裂缝危害和其它安全隐患；第三，混凝土结构裂缝如果位于表面的浅部位置，要以砂浆按比例均匀混合丙酮，在裂缝处灌注，之后表面以适用遮挡物全面覆盖开始养护，期间维持接近15℃的温度条件；第四，作业人员须严格执行防渗漏施工技术规范，设置两层及以上的防渗层，且防渗材料铺设期间，重点关注存在裂缝的部位，从整体上提升混凝土结构质量性能，保证水工建筑物的安全稳定性。

② 深层处理

一些混凝土结构的裂缝面积较大，而且较深较宽，对水工建筑物的安全稳定性是一种严重威胁，任其发展可能造成整体坍塌。施工企业须针对这种严重裂缝进行妥善处理，选择适用的灌浆技术进行封堵，保证水工建筑物安全稳定。作业人员须结合裂缝具体深度科学归类，举例来说，如果裂缝深度 ≥0.58mm ，仅进行普通处理即可，即以改性环氧树脂于裂缝处均匀密实灌注，之后予以合理养护，使裂缝得到彻底封堵；如果裂缝深度在 0.58mm 以下，须选择化学灌浆法，防止裂缝持续恶化蔓延，造成更严重危害。以温度裂缝处理为例，在选择水泥材料时。适用水泥的密度是 445kg/m³ ，回填灌注作业须选择适用外加剂，保证结构内外裂缝危害均得到妥善处理。浆料拌和期间须掺入减水剂，促使水泥材料水化热下降，有利于提升混凝土成料的质量性能和裂缝处理成效，保证混凝土结构安全无虞。

结束语：总而言之，水工建筑物是一种用来挡水、泄水、输水、取水以及水系治理的建筑，这种建筑物中含有大量混凝土结构，由于内外因素的不利影响，水工建筑物中的混凝土结构极易出现裂缝危害，严重威胁结构及整体的质量和安全稳定性。因此，水工建筑物施工应对潜在的混凝土结构裂缝进行有效防控和治理，明确裂缝危害的成因，采取适当防治措施，从整体上提升混凝土结构质量性能，赋予水工建筑物更高的整体和运行安全稳定性，发挥水工建筑物建设价值，造福国家和人民。

参考文献

[1] 赵丽华 . 水工建筑物混凝土裂缝成因与预防处理 [J]. 水能经济 ，2017（1）：1.

[2] 刘钊 . 水工建筑物混凝土裂缝的防治 [J]. 水能经济 ，2016（7）：1.

[3] 孙冬梅 . 浅析水工建筑物混凝土裂缝的预防与处理 [J].建筑工程技术与设计 ，2017，000（020）：1346-1346.