淺議水工混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

李相明 李云晶 馬艷梅

混凝土是一種以水泥為膠凝材料，與水、砂石骨料及其他外加材料按適當(dāng)?shù)谋壤浜?，?jīng)攪拌形成混凝土拌合物，再經(jīng)硬化得到的人造石材。由于混凝土施工、本身變形和應(yīng)力約束等一系列問題，使得混凝土容易產(chǎn)生裂縫。裂縫主要是由干縮、水泥水化熱、溫度、地基變形、荷載、地基凍脹等原因引起，近代科學(xué)研究和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，只要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內(nèi)，水工建筑物安全不會(huì)受到影響。

一、裂縫產(chǎn)生的主要原因

水工混凝土產(chǎn)生裂縫的因素較多，最先產(chǎn)生微裂縫，微裂縫通常是一種無害裂縫，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的承重、防滲及其他功能不產(chǎn)生危害。但是受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會(huì)不斷擴(kuò)展和連通，最終形成肉眼可見的宏觀裂縫，致使混凝土內(nèi)部的鋼筋材料產(chǎn)生腐蝕，降低鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性、使用價(jià)值等?；炷亮芽p原因分析如下：

1.干縮裂縫

混凝土的干縮裂縫主要是由于毛細(xì)管壓力造成的。毛細(xì)管孔隙在干燥過程中逐步失水，產(chǎn)生很大的毛細(xì)管張力，混凝土體積產(chǎn)生收縮，由于混凝土周圍存在約束，內(nèi)部又有拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土材料抗拉強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生了干縮裂縫。

2.水化熱裂縫

混凝土水化時(shí)產(chǎn)生的大量水化熱得不到散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫?；蛘咴谘谉岬拇箫L(fēng)天氣，混凝土表面蒸發(fā)較快，造成混凝土內(nèi)部水化熱過高，在混凝土澆筑數(shù)小時(shí)仍處于塑性狀態(tài)，易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

3.塌落裂縫

在厚度較大的構(gòu)件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。

4.溫度應(yīng)力裂縫

當(dāng)有約束時(shí)，混凝土熱漲冷縮所產(chǎn)生的體積漲縮，因?yàn)槭芗s束力的限制，在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，由于混凝土抗拉強(qiáng)度低，容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂，從而產(chǎn)生溫度裂縫。由于太陽(yáng)暴曬產(chǎn)生裂縫也是工程中最常見的現(xiàn)象。

5.膨脹裂縫

混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質(zhì)與活性骨料中活性氧化硅等起反應(yīng)，析出的硅膠從周圍介質(zhì)中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土膨脹產(chǎn)生裂縫。

6.構(gòu)件超載產(chǎn)生的裂縫

構(gòu)件在超出設(shè)計(jì)的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并向上、下延伸。

7.不均勻沉降裂縫

當(dāng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉陷，就有可能會(huì)產(chǎn)生裂縫，隨著沉陷的進(jìn)一步發(fā)展，裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

8.化學(xué)裂縫

當(dāng)鋼筋混凝土處于不利環(huán)境中，由于混凝土保護(hù)層厚度有限，特別是當(dāng)混凝土密實(shí)性不良，環(huán)境中的氯離子等和溶于水中的氧會(huì)使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對(duì)周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

二、水工混凝土裂縫的預(yù)防措施

1.干縮裂縫的預(yù)防措施

降低混凝土單位用水量，用水量的增加勢(shì)必使剩余水增加，從確?；炷聊途眯猿霭l(fā)，應(yīng)降低混凝土單位用水量；水泥不同，混凝土收縮也不同，按收縮值大小排序：礦渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥，施工時(shí)可根據(jù)需要選擇合適的水泥；降低混凝土周圍約束，若混凝土周圍約束過大，內(nèi)部拉應(yīng)力無法釋放，拉應(yīng)力增大使混凝土干裂，對(duì)此可減少混凝土的分倉(cāng)長(zhǎng)度，使混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力能夠充分釋放；適量添加膨脹劑后可以使混凝土體積膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，部分抵消了混凝土因毛細(xì)孔隙干燥而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而起到控制干縮裂縫的作用。

2.水化熱產(chǎn)生的裂縫預(yù)防措施

骨料降溫。骨料的溫度控制主要通過搭蓋涼棚和灑水降溫來進(jìn)行。搭蓋涼棚可避免太陽(yáng)光直射，減少骨料吸熱，澆筑前2～3h再用深井水對(duì)粗骨料進(jìn)行充分的灑水降溫。采取以上方法降溫后，澆筑前粗骨料內(nèi)部溫度約為24℃，細(xì)骨料內(nèi)部溫度約為26℃，降溫效果比較明顯。

加冰降溫。在混凝土澆筑前購(gòu)入冰塊，砸成粒徑約3cm的小塊加入混凝土生料中，充分拌合后量取出機(jī)口溫度，根據(jù)出機(jī)口溫度來確定加冰量。實(shí)際工作中，出機(jī)口的控制溫度為18℃，混凝土單方用冰量在60kg左右。因冰塊破碎工作量較大，粒徑也很難控制，加入冰塊后還需延長(zhǎng)拌和時(shí)間，降低了混凝土澆筑速度，為此，實(shí)際工作中多采用拌和水降溫的方法，即把冰塊稍加破碎后放入拌和水池中來降低水溫。用此方法，通常能夠把拌和用水的溫度降至3℃～7℃左右。

夜間澆筑。白天氣溫較高，即使采用多種降溫措施也很難保證混凝土的入倉(cāng)溫度，而夜間澆筑，特別是后半夜?jié)仓?，氣溫相?duì)較低，采取溫控措施后，比較容易控制混凝土的入倉(cāng)溫度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天進(jìn)行，而把混凝土澆筑安排在夜間進(jìn)行。

3.混凝土養(yǎng)護(hù)措施

混凝土早期水化熱較大，經(jīng)量測(cè)，一般在澆筑后24h左右，內(nèi)部溫度即達(dá)到最大值，而此時(shí)因規(guī)范要求鋼模板尚不能拆除，還不能直接進(jìn)行表面灑水降溫。為降低混凝土溫度，除盡量降低水灰比外，在澆筑完畢后18h即開始對(duì)鋼模板表面進(jìn)行不間斷的灑水降溫。拆模后對(duì)混凝土表面進(jìn)行全天候養(yǎng)護(hù)14d，通過拆模前是否對(duì)鋼模板表面灑水降溫的對(duì)比觀察，采取對(duì)鋼模板表面灑水降溫的混凝土產(chǎn)生裂縫較少，因此，混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)從模板表面的灑水降溫開始。

4.控制鋼筋銹蝕引起的裂縫

鋼筋銹蝕后體積膨脹2～4倍，對(duì)周邊混凝土產(chǎn)生壓力，可能產(chǎn)生順筋裂縫，甚至脫落，從而影響建筑物的使用。而鋼筋銹蝕多為氣蝕、電離引起。從以下幾個(gè)方面可對(duì)鋼筋銹蝕加以控制。

（1）鋼筋出廠時(shí)，其表面有一層致密的氧化薄膜，可以對(duì)鋼筋起到一定的保護(hù)作用，但該薄膜遇水或受潮后因水的微酸性而脫落，使鋼筋酸性氧化而銹蝕。因此，鋼筋原材料和加工后的半成品均應(yīng)作防潮處理，具體的做法是架空放置和上蓋防水雨布。

（2）鋼筋安裝前，其表面必須潔凈、無污物，對(duì)已發(fā)生銹蝕的部位，必須用鋼絲刷和砂布打磨干凈，以保證鋼筋與混凝土的有效結(jié)合，同時(shí)也可防止因電離而發(fā)生銹蝕。

（3）降低混凝土水灰比和增加混凝土和易性。

（4）加強(qiáng)振搗，提高混凝土致密性，減小混凝土碳化速度，使鋼筋有足夠長(zhǎng)的時(shí)間不接觸空氣。

5.控制裂縫的設(shè)計(jì)措施

水工混凝土如果設(shè)計(jì)強(qiáng)度過高，水泥用量過大，必然造成混凝土水化熱過高，混凝土塊體內(nèi)部溫度高，混凝土內(nèi)外溫差超過30℃以上，溫度應(yīng)力容易超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，產(chǎn)生裂縫。豎向受力結(jié)構(gòu)可以用高強(qiáng)混凝土減小截面，而對(duì)于混凝土底板應(yīng)在滿足抗彎及抗沖切計(jì)算要求下，采用C20～C35的混凝土，避免設(shè)計(jì)上“強(qiáng)度越高越好”的錯(cuò)誤概念。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足承載力和構(gòu)造要求外，還應(yīng)增配承受水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力及控制裂縫的鋼筋，以構(gòu)造鋼筋來控制裂縫，配筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距。采用直徑8～14mm的鋼筋和100～150mm間距是比較合理的。截面的配筋率應(yīng)在0.3%～0.5%之間。

混凝土工程施工前，應(yīng)對(duì)施工階段混凝土澆筑塊體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮力進(jìn)行驗(yàn)算，確定施工階段混凝土澆筑塊體的升溫峰值、內(nèi)外溫差及降溫速度的控制指標(biāo)，制訂溫控施工的技術(shù)措施。

三、結(jié)論

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低建筑物的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能，而且會(huì)引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件安全、穩(wěn)定地工作■