济南黄河河务局供水局 山东省济南市 280012
摘要：水工涵闸混凝土裂缝问题越来越受到人们的重视。本文重点探讨了水工涵闸混凝土结构裂缝成因及其控制。水工涵闸混凝土的应用越来越广泛，对水工涵闸混凝土结构裂缝的破坏十分严重。因此，加强对水工涵闸混凝土结构裂缝成因的分析，可更好地防止裂缝的发生，进而提高工程的整体质量。
关键词：水工涵闸；混凝土施工；裂缝控制
一、水工涵闸裂缝的危害性
1、产生渗漏。混凝土裂缝会导致水工建筑物渗漏，一方面，在压力水的作用下，裂纹会逐渐扩展和发展。另一方面，当水渗入混凝土时，Ca(OH)2是水泥水化最易溶解的部分，它将促进水泥水化的水解。水解损伤的第一个原因是水化硅酸三钙和水化硅酸二钙的多烷基化合物，其次是低碱水化产物的损伤，这可能导致混凝土结构的破坏。
2、加速混凝土碳化。混凝土裂缝的存在使空气中的二氧化碳很容易渗入混凝土中，并与水泥的某些水化产物相互作用形成碳酸钙，即混凝土碳化。在潮湿环境中，二氧化碳与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙相互作用，转化为碳酸盐，中和水泥的碱度，降低混凝土的碱度，破坏钢筋的纯膜。当水和空气同时渗入时，钢筋会生锈。同时，混凝土碳化会加剧混凝土的收缩裂缝，致便混凝土结构的破坏。
3、降低混凝土对各种腐蚀介质的耐腐蚀性。混凝土腐蚀有三种类型：1）溶蚀型混凝土腐蚀。也就是说，当水通过裂缝渗入混凝土或软水与水泥浆作用时，会溶解并失去水泥的部分水化产物，造成混凝土损坏。2）酸盐（酸性液体）腐蚀和镁盐腐蚀。这种腐蚀的主要产物是软质材料，不呈胶状，易被水溶解。这种材料能被水通过裂缝或空隙渗入混凝土，从而破坏混凝土中的水泥石。3）晶体膨胀腐蚀。它是在硫酸盐作用下，在混凝土裂缝和空隙中形成的一种新型低可溶性有机物，在逐渐积累后会产生巨大的应力破坏混凝土。
4、影响混凝土结构的强度和稳定性。混凝土裂缝直接影响混凝土结构的强度和整体稳定性。轻则会影响建筑物的外观、正常使用和耐久性，严重的贯穿裂缝可能导致混凝土结构的完全破坏。
5、加速钢筋腐蚀。混凝土裂缝削弱了混凝土对钢筋的保护作用，在裂缝处，水和空气直接与钢筋接触，钢筋容易被腐蚀。腐蚀后，钢筋的拉伸性能减弱，裂纹进一步扩展，其危害更大。
二、水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝成因
1、水化热。当水泥遇水时，会产生大量的水化热，但混凝土的导热性较差，导致混凝土蓄热量大，混凝土温度升高。因混凝土的内外条件不同，其散热性能也不同。外部散热快，内部散热慢。受物体热胀冷缩特性和外部约束的影响，混凝土内外均存在温度应力。当温度应力超过混凝土的承载极限时，混凝土表面会出现温度裂缝。
2、混凝土环境及浇筑温度。在混凝土结构施工过程中，会受到环境与温度因素的影响。当室外温度较高时，不能浇筑混凝土。高温会影响混凝土的内部温度，减慢混凝土的冷却速度，增加混凝土的温度应力，增加了混凝土结构出现裂缝的可能性。
3、约束条件。混凝土结构在施工后会受到不同外部条件的约束。水工涵洞墩台混凝土底板或基础对桥墩起约束作用，产生约束力，混凝土桥墩的变形受到约束，产生压应力。随后，随着压应力的松弛和温度应力的产生，温度应变受到底板的约束，混凝土桥墩会出现拉应力。一旦这种应力超过混凝土的极限承载力，它就会破裂。
4、混凝土收缩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在混凝土浇筑施工后的凝固阶段，会有部分水排出。随着混凝土结构中水分的逐渐流失，混凝土结构不可避免地会出现一定程度的收缩。如果混凝土在收缩过程中受到外部约束的影响，将导致混凝土结构出现裂缝。
三、水工涵闸混凝土裂缝的控制
1、混凝土浇筑时间的选择。1）避免高温季节施工，混凝土的水化反应是放热反应，混凝土是不良的导热体，混凝土内部的热量很难散发出去，高温季节施工时，外界环境温度较高，不利于混凝土散热。在混凝土的初始阶段，混凝土可能吸收外部环境的热量，从而在混凝土内部产生高温，无法满足温度控制要求，因此混凝土施工应避免高温施工。2）避免在寒冷季节施工，在寒冷的冬季减缓水泥水化，增加新拌混凝土的凝结时间。
2、混凝土材料。选择水泥材料时，尽可能选用低温水泥。粗集料占混凝土的89%，其热性能直接关系到整个混凝土结构的耐久性。选择粗集料时，尽可能选择热性能较好的集料。只有这样才能有效控制混凝土的温度，极大地减少混凝土结构的裂缝。同时，在混凝土配合比设计中，应合理控制混凝土水泥用量。
3、对钢筋施加预应力。混凝土的抗拉强度较低，因此在钢筋混凝土结构中，钢筋被用来代替混凝土承受拉力。然而，混凝土的极限拉伸应变也很小，它每米仅延伸0.1～0.15毫米，再伸长时就会出现裂缝。如果要求钢筋混凝土结构在使用中不开裂，钢筋的拉应力只能达到20～30MPa；即使允许开裂，当裂缝宽度限制在0.2～0.25mm时，钢筋的拉应力也只能达到150～250MPa左右。
4、降低混凝土的温度。在混凝土结构施工中，应尽可能降低混凝土温度，以加速混凝土散热，防止混凝土温度过高引起裂缝。降低混凝土温度的方法有如下几种：选择混凝土搅拌用水时，应选择温度较低的水进行混凝土搅拌；对骨料进行预冷处理；混凝土搅拌完成后的运输阶段，应采取一系列的保护措施，防止混凝土在运输阶段的吸热；在混凝土搅拌过程中加入适量的冰，可达到预冷混凝土的目的，有效降低混凝土的温度。
5、改进施工方法与工艺
1）减少外部约束。当水工涵闸建在坚硬的基岩上时，坚硬的基岩将限制水工涵闸底板混凝土变形的发展，底板上可能存在贯穿裂缝。水工建筑物基础开挖规范要求基坑开挖的偏差不超过20cm。然而，由于爆破带两侧和后排的夹持作用，或岩性不均匀，开挖后的岩石基面一般会出现局部波动，在基岩表面的局部起伏处，会引起坝底应力集中。当坝块因温度变化而膨胀或收缩时，约束将增大。
此外，岩石地基应尽可能平整地开挖，其局部起伏不应超过0.5～0.8m，否则应采用混凝土填充或局部加固。
2）设置后浇带。留置间距应首先考虑有效降低温度收缩应力，其次为便于施工，应考虑与施工缝的重叠。在混凝土后浇带施工中，应注意以下问题：防止外界水侵入；防止杂物落入后浇带内清理困难，为防止杂物进入后浇带内，主体混凝土浇筑完成后，拆除后浇带模板，并清理后浇带后再密封；防止后浇带软土上拱及混凝土施工缝渗漏。
3）采用表面真空技术。表面真空作业即真空负压，能显著降低混凝土的水灰比和初始孔隙，改变混凝土的内部结构，增加砂浆与颗粒材料的粘结力和混凝土密度，降低混凝土的早期干缩应力。在相同的水化程度下，真空吸水能明显提高混凝土的早期强度。
4）设置表面钢筋网。因混凝土的抗拉能力较弱，在拉应力作用下容易破坏。因此，在应力集中点增加一部分钢筋，以此来提高局部拉伸强度。
四、结语
水工涵闸是一种水工薄壁结构的混凝土工程，它很容易发生开裂现象，裂缝主要出现在墩墙和涵洞底部。在涵闸施工中，如果涵洞底部混凝土结构位于软土地基中，涵洞闸门底部的外约束力将大幅降低，从而极大地增加了涵洞闸门混凝土结构裂缝的概率。因此，水工涵闸混凝土结构的裂缝必须引起高度重视。
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论文作者:赵杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/21
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 涵闸论文; 水工论文; 混凝土结构论文; 应力论文; 水化论文; 《防护工程》2018年第34期论文;