水工涵闸混凝土结构裂缝成因分析

【摘要】本文主要从水工涵闸混凝土结构概述、裂缝的危害、水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝成因以及水工涵闸混凝土裂缝的控制等方面内容进行了全面的阐述。

【关键词】水工涵闸；混凝土；裂缝

一、前言

水工涵闸混凝土应用越来越广泛，水工涵闸混凝土结构裂缝的危害非常大，本文就该部分内容进行了探讨。

二、水工涵闸混凝土结构概述

水工涵闸的裂缝发生的主要部位在底板和墩墙上。水工涵闸棍凝土裂缝形成的主要原因有：建筑物结构设计不周引起的裂缝：基础处理不善引起的裂缝；结构型式复杂，分缝分块过长引起的裂缝：混凝土的温度变化引起的裂缝：施工质量控制不严引起的裂缝；运行期间，由于超载等原因出现裂缝。当底板混凝土修建在软土地基或弹性模量较小的地基上时，底板所受到的外部约束比较小，其裂缝的产生是由于自身的体积变化引起的，主要是由于温度的变化引起的。

工涵闸混凝土墩墙结构经常出现“上不着顶，下不着底”的“枣核形”裂缝现象，像湖北荆江分洪北闸的闸墩、石梁河新泄洪闸的闸墩的裂缝，都是这种形式的裂缝。以某县为例曾出现过类似的裂缝，裂缝通常发生在施工期间的混凝土的表面，随后裂缝继续向内部深进，由于水工涵闸的墩墙较窄（一般只有1口左右），裂缝很容易贯穿整个墩墙，形成贯穿性的危害性很大的裂缝，贯穿裂缝多发生在浇筑后2-3个月或更长时间.缝宽受外界环境温度的变化影响较明显，冬季较宽，夏季较细。沿截面高度方向，裂缝大多呈中间宽两端窄的“枣核形”。从混凝土表面看，裂缝底部通常是竖直的，而顶部则向两边倾斜。

三、裂缝的危害

1、裂缝影响结构的整体性

当结构出现贯穿性裂缝以后， 要恢复结构的整体性是很困难的。裂缝开展得很宽将预示着结构临近破坏， 并且可能伴随着混凝土剥落。剪切裂缝多产生于靠近支座或大的集中荷载附近， 早期的温度裂缝直接影响到钢筋混凝土构件的完整性。当裂缝影响了剪应力的传递时， 它会影响到结构的安全。大多数裂缝并不会危及结构的安全， 但它们可能发展， 并引起严重的后果。

2、裂缝导致结构使用功能上不正常

对堆石坝混凝土面板而言， 由外部环境产生的早期温度裂缝往往贯穿整个截面厚度， 这样会引起渗漏。对挡水建筑物来说， 裂缝渗漏水会严重影响建筑物的使用功能， 即使水量的损失本身并不严重， 但裂缝的

存在往往会限制蓄水位。

3、裂缝会影响结构的耐久性

所有现行的标准和规范都把限制裂缝的宽度作为一项耐久性指标。横向裂缝通常是指垂直于受拉钢筋方向的裂缝， 一般由外荷载引起。为了结构耐久性的要求和结构的美观， 各国设计规范中对裂缝宽度均作了限制。在较宽的裂缝处， 如果有水和氧气侵入， 钢筋首先发生个别点的坑蚀， 继而逐渐形成 “环蚀”；同时向缝两侧扩展， 形成锈蚀面。这种钢筋局部断面削弱发展比普通性锈蚀要快， 特别是预应力混凝土结构，局部锈蚀具有很高的危害性。因为单根钢丝断面小，高应力及高强钢材的变形性能较差， 很可能发生突然断裂。因钢筋全面锈蚀引起混凝土结构的顺筋向开裂对结构的危害性更大， 是目前影响结构耐久性的主要危险， 具有一定厚度且密实的保护层， 对防止混凝土顺筋向开裂至关重要。钢筋表面生锈时， 其体积要膨胀， 在膨胀压力作用下混凝土保护层会因挤压而剥落，如果没有了保护层， 钢筋更容易锈蚀， 这对耐久性是很不利的。

四、水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝成因

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。

2、混凝土环境与浇筑温度

环境温度对混凝土施工的影响十分明显，高温时期不能进行混凝土浇筑施工。混凝土施工中的环境温度影响其浇筑后混凝土的内部温度，加大温度梯度，升高混凝土的温度应力，加速混凝土结构的开裂进程。

3、约束条件

混凝土结构自施工之后就会受到外界不同条件的约束，水工涵闸墩墙混凝土结构的底板或基础约束闸墩，产生约束力，混凝土闸墩变形受约束力的作用，进而产生压应力，后期随压应力松弛和温度应力的产生，温度应变受到底板的强约束，混凝土闸墩就会出现拉应力，此应力一旦超过混凝土的承受极限，便会开裂。

4、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。

5、其他混凝土开裂的因素

包括其他因素：混凝土徐变、混凝土体积因素等。

五、水工涵闸混凝土裂缝的控制

1、混凝土材料

优先使用低热和中热水泥；优先选用热学性能好的骨料：粗骨料占混凝土组成比例为 89%以上，因此，混凝土的热学性能在很大程度上取决于粗骨料的矿物性质；优先选用热学性能好的骨料是混凝土温度控制的治本措施之一；减少混凝土水泥用量。

2、混凝土浇筑时间的选择

避开高温季节施工， 混凝土的水化反应是放热反应， 而混凝土又是导热不良体， 混凝土内部的热量很难散发出去， 如果在高温季节施工， 外部的环境温度很高， 不利于混凝土的散热， 在混凝土的初期还可能出现混凝土吸收外界环境的热量， 这样在混凝土的内部产生很高的温度， 不能满足温度控制的要求， 所以混凝土的施工应避开高温时施工。避开严寒季节施工， 寒冷的冬季减缓了水泥的水化作用， 增加了新浇混凝土的凝固时间。

3、施加钢筋预压应力

混凝土的抗拉强度很低。因此， 在钢筋混凝土结构中， 是用钢筋来代替混凝土承受拉力的。但是， 混凝土极限拉应变也很小， 每米仅能伸长0.1～0.15mm， 再伸长就要出现裂缝。如果要求钢筋混凝土结构在使用时不开裂， 则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 以内时， 钢筋的拉应力只能达到150～250MPa 左右。

4、降低混凝土的温度

降低混凝土的浇筑温度， 降低混凝土浇筑温度的方法主要有：降低拌和用水的温度、对骨料进行预冷和运输中避免吸收外界热量。冷却拌和水和在拌和时掺加冰屑， 是预冷混凝土最简易的方法。水管冷却技术， 水管冷却通常应用于大坝混凝土中， 在水工涵闸混凝土量不是很大的情况下较少采用， 但是由于其显著的降温效果仍不失为一种有效的温控防裂措施。它通过降低混凝土的峰值来减小混凝土的基础温差和降低混凝土的内表温差。

六、结束语

加强对水工涵闸混凝土结构裂缝成因的分析，可以更好的对其进行预防，使工程整体的质量更完善。

参考文献

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[3] 王文鹏. 水工涵闸墩墙混凝土结构裂缝及其防裂措施分析[J].工程技术.2013（6）：66-69.