水利工程混凝土浇筑施工裂缝控制要点探讨

张冠军

中国水利水电第九工程局有限公司     贵州    贵阳  550081

摘要：水利工程的混凝土浇筑施工，由于受到地形、地质、气候等因素影响，混凝土结构的裂缝会不可避免地出现。为进一步加强水利工程混凝土结构裂缝控制，从结构设计、原材料选择、施工工艺等方面分析了工程裂缝产生的原因，并提出了相应的预防措施。结果表明：工程设计及原材料选用应尽量避免产生裂缝；施工工艺上应严格按照施工规范进行操作；合理安排浇筑时间，控制混凝土浇筑温度，对温度应力较大的部位适当增加保温养护时间。

关键词：水利工程；混凝土；裂缝；施工工艺

引言：

水利工程建设是国民经济发展的基础设施建设之一。近年来，随着我国经济建设的快速发展，水利工程建设规模不断扩大，但随之而来的是水利工程建设中出现了各种问题，其中最为突出的问题就是水利工程混凝土结构出现裂缝，在混凝土浇筑施工中，由于受到地形、地质、气候等因素影响，混凝土结构的裂缝会不可避免地出现，这不仅会降低工程质量，甚至会威胁到周围人民群众的生命财产安全。因此，加强水利工程混凝土结构裂缝控制具有重要意义。本文以对工程混凝土浇筑施工中产生的裂缝进行分析研究，并提出相应的预防措施，为今后水利工程混凝土浇筑施工中出现的裂缝控制提供借鉴和参考。

一、加强水利工程混凝土结构裂缝控制的重要意义

    水利工程混凝土浇筑施工具有很高的技术要求，这就要求施工单位在开展工程建设时要严格按照国家有关规定、设计图纸以及相关技术规范，严格遵守混凝土浇筑施工流程，并在此基础上加大对混凝土结构裂缝的控制力度，从而保证工程建设质量[1]。

水利工程混凝土浇筑施工是一项较为复杂的工程，其工程结构受环境、温度、湿度等诸多因素影响，易出现各种问题，如温度收缩裂缝、温差裂缝等，这些裂缝都会对水利工程质量产生不同程度的影响。其中混凝土结构裂缝是最为常见的一种质量问题，若不能及时解决，将会导致混凝土结构的耐久性和使用寿命大大降低。如果混凝土结构出现裂缝，若不能及时控制，将会影响水利工程的使用寿命，甚至造成工程事故。

水利工程混凝土结构裂缝出现后，必须及时采取措施进行控制，只有这样才能保证水利工程的质量，延长水利工程的使用寿命。因此，加强对水利工程混凝土结构裂缝的控制工作具有重要意义，它不仅可以提高水利工程的整体质量，还可以延长工程的使用寿命。

二、水利工程混凝土裂缝原因分析

（一）原材料选择

混凝土原材料是影响混凝土裂缝产生的主要因素之一。原材料在工程中应用广泛，直接影响到工程的质量和使用寿命。因此，原材料选择和使用时应考虑混凝土各组成材料对混凝土抗裂性能的影响[2]。

水泥：水泥在混凝土中起到主要作用，其品质的好坏直接影响到混凝土的质量。水泥在生产过程中，容易受到环境温度、湿度、运输时间等多种因素影响，尤其是生产中采用不合格的水泥，其质量不稳定，易导致混凝土裂缝。另外，不同厂家、不同标号、不同批次的水泥在性能上存在较大差异，若使用不当或使用过期水泥或质量不合格的水泥，均会使混凝土产生裂缝。

掺和料：掺和料的品种和用量直接影响到混凝土的性能，合理地选择掺和料可以提高混凝土的强度和耐久性，但如果掺量过大则会降低混凝土强度、增加收缩变形；同时如果掺量过小则会降低混凝土的流动性，从而引起裂缝。在混凝土中，矿粉和粉煤灰掺量过大，会导致混凝土流动性变差，抗拉强度降低；若掺量过小，会导致混凝土流动性太大，影响正常浇筑。

外加剂：外加剂是提高混凝土质量的重要措施之一，在混凝土中使用的外加剂有减水剂、引气剂、防冻剂等，合理地使用这些外加剂可以提高混凝土的强度和耐久性。如果掺量过大或使用不当，会导致混凝土收缩变形加大，从而产生裂缝；若掺量过小或使用不当，则会影响混凝土的流动性、可泵性及和易性。

水泥和掺和料是混凝土中最主要的组成材料，其性能对混凝土的性能有重要影响。水泥及掺和料的品种、用量及品质对混凝土性能具有决定性影响。

（二）结构设计

在设计阶段，如果结构设计不合理，容易产生裂缝。混凝土的裂缝主要有干缩裂缝、温度裂缝和徐变裂缝三种类型。在设计阶段应重点考虑：

结构的受力特征，如设计荷载、极限应力、安全系数、抗裂度等；

结构的变形特征，如沉降、位移、膨胀、收缩等[3]；

结构的局部承载能力，如地基沉降、地基强度等。

结构设计时应尽量避免以下几种类型的裂缝：

收缩裂缝，这是因为混凝土硬化时收缩所致；

温度裂缝，这是因为温度变化所致；

沉降裂缝，这是由于地基不均匀沉降或基础不均匀下沉造成的。

在水利工程中，混凝土结构的设计一般包括以下几个方面：

结构选型，混凝土结构选型是根据工程的使用条件和要求，结合当地自然条件，从技术上确定的，混凝土结构的强度、刚度、稳定性及耐久性等指标。

结构形式及断面尺寸，设计时应根据使用功能和荷载大小、地基情况等因素确定，应考虑结构形式与受力特点的合理性，尽可能避免因结构不合理而引起应力集中或应力过分集中而产生裂缝。

计算方法，混凝土结构的计算一般采用弹性模量、极限应变、极限承载力三个指标。工程中常用的计算方法有有限元法、边界元法、时程法、有限单元法等。不同的计算方法各有优缺点和适用范围[4]。

（三）施工工艺

在浇筑混凝土时，应尽量减少对已成型混凝土的扰动，在浇筑过程中，应防止出现大面积的高差；浇筑混凝土前，应对模板及支架进行检查，并清理干净，以保证新浇筑的混凝土与已成型的混凝土有良好的结合；浇筑时，应尽量采用大块混凝土，以减少振捣时间；同时应保证混凝土均匀入模；在施工过程中，应避免产生过大的内外温差；在浇筑大体积混凝土时，还需采用适当的施工工艺来防止裂缝的产生。例如：在进行大体积混凝土施工时，先浇注一层厚度为30 cm左右的砂浆保护层（掺入适量微膨胀剂），然后再浇筑厚度为35 cm左右的水泥砂浆层。

三、水利工程混凝土浇筑施工裂缝控制要点

（一）严格控制原材料质量

混凝土裂缝的产生是多种因素共同作用的结果，因此控制裂缝的产生必须从多方面入手，对原材料质量严格控制是其中一项重要措施。

1.水泥品种选择：选用水泥强度等级、水泥安定性、凝结时间、活性、干缩等指标均符合设计要求的水泥，严禁使用过期变质的水泥。特别要注意的是，当混凝土强度等级为C15时，不应使用P.O42.5以下的低标号水泥，由于低标号水泥凝结硬化快，水化热引起的温度应力也大，容易出现裂缝。

2.骨料质量：粗细骨料应优先选用粒径较小、级配良好的碎石，宜选用中、粗砂，应严格控制砂中含泥量。掺加粉煤灰的混凝土，其碱含量不宜大于按规范要求控制的水泥含量的10%，且不大于25 kg/m3。水泥用量的增加，不仅能提高混凝土强度，而且能降低水化热、减少收缩，还可节约水泥，降低成本。

3.外加剂：合理掺加高效减水剂和引气剂，能够有效地改善混凝土的和易性、增加密实性、提高抗渗性，从而提高混凝土强度和减少收缩。外加剂：外加剂应在有效期内使用，当超过有效期或使用时，应重新鉴定确认其合格后方可继续使用。

   一般情况下，掺加引气剂可降低混凝土用水量10%~15%；掺加高效减水剂可降低混凝土用水量20%~25%。当掺加量较大时，不仅可以减少水泥用量，而且还可以降低水化热和收缩。

4.拌合用水应采用经过处理的饮用水，严禁使用污水、工业废水、工业废渣及含有可能导致混凝土质量问题的化学成分不纯的水。

5.集料：选用质地坚硬、棱角整齐、粒径均匀的集料，针片状颗粒含量不得大于3%。对于石子而言，应优先选用连续级配的碎石，其针片状含量不宜大于5%；砂子含泥量不大于2%。

6.混凝土配合比设计是确保混凝土质量的重要环节，应严格按配合比施工。

（二）合理确定浇筑强度

      根据混凝土的强度等级及施工要求，合理确定浇筑强度。

     1.混凝土强度等级高，但流动性大，初凝时间长，施工中应适当减少坍落度。

     2.混凝土强度等级低，流动性大，但流动性小，施工中应适当增加水泥用量和水灰比，适当提高混凝土入模温度[5]。

     3.混凝土强度等级高、水灰比低、坍落度小的混凝土浇筑后极易产生收缩裂缝，因此应在混凝土浇筑中采用二次抹压以提高其密实度。

    4.采用较小的坍落度，可以减小与水化热大的水泥浆的作用面积和提高浇筑速度。

    5.采用低水化热水泥配制混凝土时应适当减少水灰比。

（三）严格控制混凝土的养护

       1.对大体积混凝土，在浇筑完毕后应及时采取有效的养护措施，一般应采取覆盖保湿保温方法养护。

      2.混凝土浇筑完成后，在初凝之前，应对混凝土表面进行一次浇水湿润养护。

     3.大体积混凝土应在初凝前覆盖塑料薄膜或保温材料进行保湿养护，当气温较高时，可在覆盖物上洒水进行养护。

    4.大体积混凝土的养护时间不少于14d。冬季施工时，采用蒸汽养护的，应在蒸汽管道通入之前完成；采用自然养护的，应在混凝土终凝前完成。

    5.大体积混凝土表面可以涂刷隔离剂或水泥基渗透结晶型防水涂料以减少水分蒸发，但不能采用涂刷养护剂的方法进行保湿。

（四）严格控制拆模时间

     1.混凝土浇筑后，应在12h内保持混凝土湿润状态，当混凝土强度达到1.2N/mm2时方可拆除模板，拆模时间要有足够的安全储备；

     2.当混凝土强度达到设计强度的50%时，方可拆模；

     3.拆模时要防止过快过猛，模板应与钢筋保持一定距离，防止钢筋变形，影响混凝土的强度；

    4.拆模后要立即进行养护，养护时间不少于14d。

    5.当混凝土浇筑后的强度达到1.2N/mm2时，方可进行拆模操作。

    6.对大体积混凝土的拆模时间应在混凝土初凝后进行，待其表面收浆、不再粘结时，再拆除模板。

     7.拆模后混凝土表面应及时覆盖养护。

（五）合理进行分层浇筑

     合理的进行分层浇筑是控制裂缝的关键，在进行分层浇筑时，应该先进行第一层浇筑，在混凝土初凝前对其进行压实处理，确保其密实度达到设计要求，然后进行第二层混凝土的浇筑，在第一层混凝土初凝后及时压实处理，确保其密实度达到设计要求。

     另外，还应该按照先高后低、先远后近的原则进行分层浇筑，在浇筑过程中应及时振捣密实，确保其密实度达到设计要求。如果混凝土振捣时间过短或者振捣不到位，将会导致其强度不足而产生裂缝。所以施工过程中要严格按照施工技术规范要求进行分层振捣、分层养护、分层抹面等，确保混凝土的强度和质量符合设计要求。

     1.混凝土浇筑前，先对模板、钢筋和预埋件进行检查，如果有松动、变形或损坏，应及时进行处理，确保其位置正确，固定牢固。

    2.在混凝土浇筑时，应分层浇筑，一般分层厚度控制在20~30 cm之间，第一层浇筑高度控制在0.5~1.0m之间，第二层和第三层的浇筑高度控制在1.0~1.5m之间，第四层和第五层的浇筑高度控制在1.5~2.0m之间。

   3.混凝土浇筑后，要及时进行振捣处理，一般每隔3~4h进行一次振捣处理；在混凝土初凝后及时进行抹面处理，每隔1h进行一次抹面处理；当混凝土表面出现裂缝时，应及时对其进行修复处理。

   4.当混凝土浇筑完成后，应及时进行养护，一般可采用草袋、麻袋等进行覆盖养护，在混凝土表面温度低于5℃时，可采用塑料薄膜覆盖养护，在混凝土表面温度低于5℃时，可采用保温材料进行覆盖养护。

    5.为防止混凝土出现裂缝，应及时对其进行保温保湿处理，一般可采取以下措施：在混凝土浇筑前对模板、钢筋和预埋件进行检查；在混凝土浇筑过程中应及时振捣密实；在混凝土初凝后及时抹面处理；当混凝土表面出现裂缝时应及时进行修补处理。

   6.为了提高施工质量和工作效率，可采用智能振捣设备对混凝土进行振捣处理。

   （六）合理进行温度控制

大体积混凝土浇筑温度的控制是预防和减少大体积混凝土裂缝的关键，大体积混凝土浇筑温度控制主要包括：降低混凝土浇筑温度、减少水泥用量、降低骨料级配和含泥量、改善浇筑方法以及合理安排施工工艺等。

     1.降低混凝土浇筑温度，应尽可能地选择在夏季施工，并减少浇筑层厚度。在混凝土入仓温度较高的情况下，要采取冷却措施，降低混凝土的出机温度；当夏季室外气温超过35℃时，则应在混凝土中掺入一定量的高效减水剂、缓凝剂和速凝剂等[6]。

    2.减少水泥用量，必须采用低水化热水泥，控制水泥用量不宜超过400 kg/m3。

    3.降低骨料级配，选择级配良好的骨料，降低混凝土中的含泥量。

   4. 改善浇筑方法，如分层浇筑、分段分层浇筑等；合理安排施工工序，减少浇筑间歇时间。

    5.在大体积混凝土中掺加适量的膨胀剂，能补偿因温度应力产生的变形，一般可采用1%~2%；掺入减水剂能增加混凝土的流动性，也可减少水用量。

   6.加强温度观测和养护工作，对大体积混凝土要有专人负责测温和养护。

    7.大体积混凝土采用二次振捣工艺是减少裂缝的有效措施。

   8.为保证大体积混凝土浇筑质量，可采取以下措施：控制施工温度、减少水化热、降低降温速率、避免或减少高温时段施工等。

（七）加强混凝土的后期养护工作

为防止混凝土表面水分的过度蒸发，混凝土浇筑完毕后，要立即覆盖塑料薄膜，并浇水保持湿润。

采用塑料薄膜覆盖时，要避免薄膜紧贴模板或钢筋。当气温高于25℃时，应适当增加覆盖时间，严禁用火烘烤或直接用水冲洗混凝土表面。

当混凝土表面温度与大气温度之差小于25℃时，可对混凝土表面进行喷水养护；当混凝土表面温度与大气温度之差大于25℃时，应对混凝土表面进行覆盖养护。

混凝土养护方法：在拆模后立即覆盖塑料薄膜；在拆模前6小时用塑料薄膜覆盖；拆模后立即用草帘、麻袋等覆盖。

养护时间应保证。混凝土养护时间一般为14~16h。采用塑料薄膜覆盖养护时，宜在混凝土终凝后进行，混凝土强度达到1.2 MPa后可撤除；混凝土强度达到设计强度的75%以上时可拆除。在冬季施工期间，覆盖养护时间可适当延长，但不得少于14d。

混凝土拆模后，在温度下降较快时，要进行二次抹面。抹面的目的是为了保证混凝土表面有一层松散骨料与水泥浆之间的过渡层，以防止因表面裂缝而产生内应力。

混凝土浇筑后应根据实际情况选用覆盖薄膜、草帘、麻袋、麻袋布、塑料薄膜等覆盖材料进行保湿养护。也可在模板上直接浇水养护。

结束语：总而言之，水利工程混凝土浇筑施工过程中，由于混凝土材料的自身特性，在温度变化和水分蒸发等因素的影响下，会导致混凝土出现裂缝。为防止或减少这种裂缝的出现，我们可以从原材料选择、配合比设计、浇筑方案等方面入手，制定科学合理的施工方案，并加强对混凝土浇筑过程的管理，通过有效措施对施工裂缝进行控制。

参考文献：

[1]陈婷.水利施工中的混凝土裂缝的原因分析及防治措施[J].内蒙古水利,2018(02):39-40.

[2]陈道明.水利工程建筑施工裂缝原因及预防措施分析[J].工程技术研究,2019,4(03):225-226.

[3]赵全奎.关于水利工程建筑施工裂缝原因及预防措施研究[J].科学技术创新,2020(09):122-123.

[4]刘平华,张晓斌,胡传峰等.小议水利工程混凝土施工裂缝处理[J].低碳世界,2020,10(05):64-65.

[5]陈金.水利工程中混凝土施工抗裂技术[J].科技风,2020(19):106.

[6]李应龙.水利工程混凝土浇筑施工裂缝控制研究[J].大众标准化,2022(17):88-89+92.