水工涵闸混凝土结构裂缝成因及预防措施研究

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　　摘    要：混凝土是建筑工程实际施工过程中最常用的结构材料，但是使用混凝土材料的时候经常会出现混凝土结构裂缝现象，现在混凝土结构裂缝情况的种类越来越多，如果不及时处理的话就会给整个建筑带来影响，严重的时候还会导致整个建筑倒塌的重大质量事故。本文通过分析水工涵闸混凝土结构出现裂缝原因，找出一些能够防止出现裂缝的方法，希望能够给以后的工程质量带来更多的保障。
　　关键词：水工涵闸;混凝土结构裂缝成因;预防措施
　　1  引言
　　水闸和地涵是平原地区常见的水工建筑物，水工涵闸的裂缝发生的主要部位在底板和墩墙上。水工涵闸工程混凝土一旦產生裂缝，将使水工建筑物产生渗漏，渗漏的结果，一方面在压力水作用下使裂缝逐步扩宽和发展;另一方面加速混凝土碳化。这些混凝土裂缝直接影响混凝土结构物的结构强度和整体稳定性。只有深入分析水工构筑物裂缝形式与原因，提出控制措，才能保证水工构筑物的安全，提高其使用寿命。
　　2  水工涵闸混凝土结构裂缝的危害
　　2.1  裂缝影响结构整体性
　　一旦水工涵闸混凝土结构出现贯穿性的裂缝，则很难对其进行修复。出现的裂缝越宽，对整体结构的危害就越大，严重时还会导致表层混凝土的脱落，对结构的整体性带来非常严重的影响。剪切裂缝通常发生于支座部位以及承载力较大的部位，这一裂缝的出现会对剪应力的传递造成极大的影响，从而给结构的安全性带来严重的危害。
　　2.2  裂缝影响结构耐久性
　　现如今，很多相关方面的标准与规范都将限制裂缝的宽度来作为一种耐久性指标。为了使建筑混凝土结构的整体耐久性以及美观程度得到有效的提升，很多国家的规范及标准中，都对裂缝的宽度进行了一定的限制。如果混凝土结构出现比较宽的裂缝，且内部存在水分及氧气的话，就会对混凝土结构内的钢筋造成严重的影响，使其出现“环蚀”现象，严重影响结构的耐久性。钢筋断面的锈蚀发展要比普通锈蚀快很多，特别是在预应力混凝土结构中，钢筋锈蚀所带来的危害更高。由于单根钢丝的断面比较小，而高强度的钢筋变形性能较差，很容易出现突然断裂，大大提高钢筋锈蚀现象的发生概率，给结构整体耐久性带来极大的危害。
　　3  水工涵闸混凝土结构裂缝成因
　　3.1  水化热
　　水泥遇水会发生大量的水化热量，而混凝土的导热性能较差，导致了大量热量集聚在混凝土的内部，混凝土温度升高。由于混凝土内外条件的不同，散热情况有所差异，外部散热快，内部散热慢，受物体热胀冷缩特性和外部约束条件的影响，混凝土内外会产生温度应力，外拉内压，当温度应力超过混凝土的承受极限时，其表面就会有温度裂缝的产生。
　　3.2  混凝土收缩
　　混凝土在胶结硬化的过程中会散发一定的水分，混凝土失水必然导致其体积收缩，如混凝土收缩受到内外约束力的作用，就会导致其自身开裂。混凝土缩水收缩过程一般是可逆的，在实际计算温度裂缝的过程中，常讲混凝土收缩值等量替换为相对应的温度值，也就是“收缩当量温差”。混凝土水化作用也会产生自收缩，自身收缩值较小，但其与温度收缩、缩水收缩、塑性收缩等相叠加就会加速混凝土开裂的速率。
　　4  水工涵闸混凝土结构裂缝预防措施
　　4.1  控制施工时候的混凝土材料的使用
　　在施工时需要合理选择水泥材料，尽量选择热量低的进行施工。除了水泥之外施工中需要最多的就是粗骨料，在选择的时候需要选择热学性能好的粗骨料，只要选择好水泥和粗骨料才能在施工的时候控制混凝土的温度，减少裂缝现象出现。
　　4.2  降低混凝土温度
　　在水工涵闸混凝土结构使用的时候要想解决因温度过高出现的裂缝现象就需要在使用混凝土的时候加快其散热速度，降低混凝土的温度。降低混凝土温度可以从以下几个方面下手：（1）在调配混凝土的时候使用温度低的水来进行调和;（2）骨料在使用之间进行预冷处理;（3）在运输混凝土的时候注意保护，避免在运输的时候吸收一定的热量;（4）在搅拌混凝土的时候加一些冰屑，这样就能降低混凝土的温度。
　　4.3  减小外部约束
　　当水工涵闸建筑在坚硬的基岩上时，坚硬的基岩将约束水工涵闸的底板混凝土变形的发展，在底板上就有可能产生贯穿性的裂缝。水工建筑物基础开挖规范要求建基面开挖偏差不超过20cm。但由于爆区两侧及后排受到夹制作用，或岩性不均一，开挖出的岩基面一般都会有局部起伏，在岩基面局部起伏处，会引起坝底应力集中，在坝块因温度变化而膨胀或收缩时又增加了约束作用。因此，有些国家规定，岩基面的局部起伏度不超0.5m，在我国规范中对此尚无明确规定。对岩基面应尽量要求开挖平整，其局部起伏度以不超过0.5m～0.8m为宜，否则应用混凝土把凹坑填平或局部加用钢筋并进行处理。
　　4.4  控制混凝土浇筑时间
　　在进行混凝土浇筑的时候需要注意不要选择在高温季节下进行操作。因为混凝土在凝固的时候需要向外界散发热量，如果在高温季节的时候进行浇筑内部的热量很难散发出去，影响整个混凝土的降温，严重的时候还会影响凝固的效果，这个时候也会出现裂缝，所以在浇筑的时候一定要避开高温季节浇筑。
　　4.5  设置后浇带
　　留置间距首先要考虑能有效削减温度收缩应力，其次为方便施工要考虑与施工缝重合。通过计算与工程实践经验，在正常施工条件下，每区段间距取20m～30m，有时还可更小一些，即可保证后浇带划分区段中的混凝土可自由伸缩，有效防止裂缝出现。后浇带的宽度理论上而言只需1cm已足够保证温度收缩变形，但考虑施工方便，避免应力集中，一般宽度应在70cm～100cm之间，工程实践中大多采用100cm。混凝土后浇带施工时应重点注意以下问题：防止外界水侵入;防止杂物落入后浇带清理困难，为防止杂物落入后浇带中，在主体混凝土浇筑完成后，拆除后浇带中的模板并清理出后浇带，然后密封;防止后浇带部位软基土体上拱;防止混凝土施工缝渗水。
　　4.6  施加钢筋预压应力
　　混凝土的抗拉能力非常弱，因此需要采用钢筋来代替混凝土承受拉力。不过混凝土的极限拉应变也非常小，每米只能拉伸0.1到0.15mm，在拉伸的话就会导致裂缝现象的发生。要想使钢筋混凝土结构在实际运行阶段不出现开裂问题，那么钢筋的拉应力应当在20MPa～30MPa之间;如果允许裂缝宽度在0.2mm～0.25mm以内的开裂，那么钢筋的拉应力应当在150MPa～250MPa左右。
　　4.7  混凝土养护技术
　　混凝土养护能够保证混凝土强度达到设计目标，其他方面的性能也会得到保障，及时有效的养护是防止混凝土缩水开裂的重要手段。混凝土浇筑施工结束后，要在12h～18h内进行洒水保湿和表层保温，养护时间≥14d，视混凝土品种和浇筑部位的重要性适时调整。
　　5  结语
　　在水工薄壁结构混凝土工程里面最重要的一个工程就是水工涵闸，水工涵闸混凝土结构浇筑工程是一个非常复杂的工程。但是如果在施工的时候不仔细注意就非常出现裂缝现象，所以我们在平时施工的时候一定要重视裂缝问题，出现裂缝情况的时候及时分析其原因，找出最快控制裂缝产生的办法，保证施工的质量。在未来技术更加发达的时候还可以使用计算机技术来制定一些科学、合理的预防出现裂缝的措施，让防裂技术的道路越走越长。
　　参考文献：
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