水閘混凝土裂縫與防控措施探討

◎ 蔡承明 中交水利水電建設(shè)有限公司

1.引言

水閘是一種低水頭水工建筑物，主要的功能是擋水和泄水。在我國，水閘通常是建設(shè)在河道、渠系和水庫岸邊。根據(jù)史書記載，我國建造水閘的歷史可以追溯到公元前6世紀(jì)。水閘主要是建設(shè)在平原地區(qū)，大多為河流的出入口位置，但是這些地區(qū)通常是軟土地基，在這些地區(qū)進(jìn)行建造很容易造成水閘開裂。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，大部分的水閘都存在不同程度的裂縫。橫沙東灘圈圍（八期）水閘工程位于長江口地區(qū)，根據(jù)工程勘察成果，35m深度范圍內(nèi)的地基土為粉砂和淤泥質(zhì)黏土，當(dāng)?shù)貙儆趤啛釒ШＱ蠹撅L(fēng)氣候，降雨充沛，水閘主要采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此，加強(qiáng)對裂縫防控的研究十分必要。

2.水閘裂縫的形成與主要原因

目前，我國的水利工程建設(shè)水平已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位，同時(shí)隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)技術(shù)不斷完善，施工人員的技術(shù)水平不斷提升，某種程度上可以降低水閘開裂的概率。但是由于混凝土本身的溫度變化導(dǎo)致的裂縫是難以避免的，其機(jī)理十分復(fù)雜，并且開裂的概率和混凝土的材料也存在關(guān)系?；炷林械哪z凝材料在澆筑時(shí)會發(fā)生水化，導(dǎo)致其會釋放大量的熱，使得混凝土的溫度出現(xiàn)不均的狀況，這種短時(shí)間的溫度不均和溫度變化則會引起裂縫。

水閘發(fā)生裂縫的位置主要是底板和墩墻，導(dǎo)致水閘建筑物出現(xiàn)裂縫的主要原因有以下幾點(diǎn)：第一，水閘本身的結(jié)構(gòu)存在問題；第二，基礎(chǔ)處理不善導(dǎo)致后期出現(xiàn)裂縫；第三，水閘自身溫度變化過大導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫；第四，施工質(zhì)量監(jiān)管不嚴(yán)密；第五，運(yùn)行期間，水閘超載運(yùn)行。

3.水閘裂縫產(chǎn)生機(jī)理

導(dǎo)致水閘混凝土出現(xiàn)裂縫的機(jī)理主要有以下幾點(diǎn)：第一，由于基礎(chǔ)對底板或者是底板對墩墻產(chǎn)生很大的約束，這個(gè)時(shí)候出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，使得混凝土出現(xiàn)開裂的情況。第二，如果在混凝土齡期較短時(shí)發(fā)生寒潮或者是晝夜溫差大的情況，那么混凝土的表面則會形成溫度梯度，從而出現(xiàn)溫度裂縫。第三，混凝土振搗完畢之后，水泥會慢慢的凝結(jié)、降溫，導(dǎo)致混凝土干縮，從而出現(xiàn)混凝土表面開裂的情況。第四，混凝土中所含有的各種化學(xué)元素會導(dǎo)致其體積出現(xiàn)變化，水泥水化反應(yīng)需要消耗大量的水，導(dǎo)致混凝土體的相對濕度降低，體積減少，表面出現(xiàn)開裂的情況。

4.水閘裂縫的危害

4.1 出現(xiàn)滲漏

在水壓力作用下，混凝土表面的裂縫很容易出現(xiàn)滲漏，滲漏使得裂縫不斷加深和加寬。同時(shí)，這些水會使水泥中的氫氧化鈣出現(xiàn)溶解，而溶解的氫氧化鈣會使水泥水化物出現(xiàn)水解的情況，這些水泥中物質(zhì)的變化則會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致裂縫的原因其中約一半都是由于滲漏產(chǎn)生的。

4.2 降低混凝土的抗腐蝕能力

混凝土腐蝕的情況主要包括三種，以下將一一介紹：

第一，溶蝕型腐蝕。溶蝕型腐蝕主要是由于在水泥的水化過程中產(chǎn)生氫氧化鈣等物質(zhì)，在有裂縫的情況下，水會滲入其中，然后這些物質(zhì)就會被水帶走，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞。

第二，鹽酸腐蝕和鎂鹽腐蝕。這兩種腐蝕方式所生成的產(chǎn)物是沒有凝膠性的，并且這些產(chǎn)物非常容易被分解。通常，水通過裂縫對這些產(chǎn)物的影響很大，導(dǎo)致最終裂縫情況越來越嚴(yán)重。

第三，結(jié)晶膨脹型腐蝕?；炷劣捎谑艿搅蛩猁}的影響，在裂縫中會形成一種溶解度較低的新物質(zhì)，這種物質(zhì)逐漸積累，將在裂縫中產(chǎn)生很大的應(yīng)力，使得混凝土結(jié)構(gòu)受到影響。裂縫的存在無形中會使得混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷，加之空氣的影響，混凝土的抗腐蝕能力會急劇降低。

4.3 導(dǎo)致鋼筋受到腐蝕

鋼筋混凝土中水泥的水化會產(chǎn)生大量的氫氧化鈣，水和氫氧化鈣混合在混凝土的裂縫里形成一種堿性溶液，這種堿性溶液本身是保護(hù)鋼筋的，在其表面會形成一種鈍化膜。但是在空氣的影響下，這種溶液的作用會出現(xiàn)變化，當(dāng)pH值低于10的時(shí)候，鋼筋的銹蝕速度比較慢；當(dāng)pH值低于5的時(shí)候，鋼筋會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，銹蝕層所產(chǎn)生的膨脹內(nèi)力若持續(xù)增大，混凝土表面則隨之出現(xiàn)裂紋，這反過來又進(jìn)一步加重了鋼筋銹蝕的程度。

4.4 影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

裂縫的存在將會對混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響，輕則只會影響到建筑物的外觀以及耐久性，但是長期以往，如果裂縫不斷出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)可能會出現(xiàn)貫穿性的裂縫，使得建筑物完全被破壞。

5.水閘裂縫防控措施

5.1 混凝土材料的選擇

有效的防裂措施能夠較好的防止混凝土裂縫的發(fā)生以及擴(kuò)展。因此，在防止混凝土裂縫方面，我們主要從混凝土材料的選擇以及減少膠凝材料的用量方面實(shí)現(xiàn)。例如，在混凝土材料的選擇上我們采用低熱水泥以及選用熱學(xué)性能好的骨料，水泥中的礦物質(zhì)不同將導(dǎo)致發(fā)熱量不同，同時(shí)混凝土的熱學(xué)性能主要取決于礦物性能。為減少膠凝材料的用量，我們可以向混凝土中添加混合料，混合料的添加不僅能夠改善混凝土的發(fā)熱量，同時(shí)也能夠?qū)炷恋纳郎禺a(chǎn)生很大影響。

5.2 混凝土澆筑時(shí)間

在對水閘進(jìn)行澆筑的時(shí)候，盡量避免高溫季節(jié)和嚴(yán)寒季節(jié)進(jìn)行施工。水化反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，加之混凝土的導(dǎo)熱性不好，如果是在高溫季節(jié)進(jìn)行澆筑，其內(nèi)部的熱量不僅很難散發(fā)出來，混凝土表面由于受到環(huán)境的影響溫度也會很高，所以澆筑的時(shí)候盡量要避免在夏季的中午進(jìn)行，可以根據(jù)氣溫的具體情況，選擇溫度較低的夜晚進(jìn)行施工，減少裂縫的出現(xiàn)。嚴(yán)寒季節(jié)進(jìn)行澆筑，則水泥的水化作用會發(fā)生的十分緩慢，凝固時(shí)間相應(yīng)的增長。如果溫度降低到0℃以下，水化反應(yīng)可能不能完全進(jìn)行，從而會損害混凝土的性能。

5.3 混凝土溫控

在混凝土的溫度控制方面常見的幾種措施主要是降低混凝土入倉時(shí)的溫度以及控制溫升的幅度。降低混凝土入倉時(shí)的溫度可以采用水冷的方法或者風(fēng)冷法對混凝土的骨料進(jìn)行預(yù)冷，降低骨料的溫度。在控制溫升幅度方面我們采取在混凝土中埋設(shè)冷卻水管的方法，冷卻水管要結(jié)合冷卻的時(shí)間、水管的材料、水的流向以及管長等多因素結(jié)合進(jìn)行考慮。

5.4 改善約束

改善約束是減少水閘出現(xiàn)裂縫的最有效的手段，主要可以從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行加強(qiáng)。第一方面為合理分縫分塊，在設(shè)計(jì)階段就有計(jì)劃的將一些大塊的混凝土利用縱縫和橫縫來進(jìn)行分割，防止后期出現(xiàn)裂縫。第二方面為控制澆筑的厚度和層間的間歇時(shí)間，保證混凝土有足夠的時(shí)間散熱。第三方面是采用吊空模板技術(shù)，通過閘墩混凝土分期澆筑來更好的降低底板對于閘墩的約束。

5.5 后期養(yǎng)護(hù)

混凝土后期養(yǎng)護(hù)的效果也會影響到裂縫的出現(xiàn)。在混凝土澆筑工作完成后，需要保證其在一定時(shí)間內(nèi)處于適宜的溫度和濕度環(huán)境中，這樣才能保證混凝土更好的硬化，而能夠滿足其處于適宜的溫度和濕度的最好措施，就是混凝土的養(yǎng)護(hù)?；炷琉B(yǎng)護(hù)所需要考慮的因素主要有：溫度、濕度以及時(shí)間。水化反應(yīng)受到溫度的影響比較大，在夏季，由于溫度比較高，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，水化作用會受到影響，同時(shí)加之毛細(xì)管力的作用，混凝土很容易出現(xiàn)開裂，所以這個(gè)時(shí)候就要加強(qiáng)對濕度的控制。當(dāng)溫度比較低的時(shí)候，可以選擇一些保溫材料對其進(jìn)行覆蓋。

6.結(jié)束語

我國對于混凝土的裂縫問題研究從未止步，但是由于影響混凝土出現(xiàn)裂縫的因素十分復(fù)雜，所以到目前為止，還不能完全避免混凝土出現(xiàn)裂縫。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，裂縫防控措施的不斷完善，相信混凝土出現(xiàn)裂縫的概率會越來越低，裂縫對建筑物造成的危害會越來越輕，建筑物的可靠性會越來越高。