水工混凝土產(chǎn)生裂縫成因與控制

□李 芳 □馮娟娟（河南省白龜山水庫管理局）

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水利工程建設(shè)投資規(guī)模加大，特別是大型水利工程開工建設(shè)，水閘、倒虹吸、渡槽、隧洞、渠道襯砌等各類水工建筑物的混凝土施工任務(wù)極為繁重。根據(jù)工程部位的不同，水工混凝土通常具有抗壓、抗拉、抗?jié)B、抗凍、抗裂、抗沖耐磨和抗侵蝕等要求，但在實際施工中，常常由于材料質(zhì)量、人員素質(zhì)、設(shè)備能力、施工方法、溫度控制等多方面原因，引起混凝土表面容易出現(xiàn)蜂窩、麻面、掛簾、裂縫等各類質(zhì)量缺陷，其中裂縫對混凝土的結(jié)構(gòu)安全危害極大?；炷帘砻媪芽p不僅影響外觀質(zhì)量，而且容易誘導(dǎo)深層裂縫，甚至貫穿裂縫，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量事故，因此有必要總結(jié)經(jīng)驗，進(jìn)一步研究混凝土裂縫產(chǎn)生的各種原因，在工程建設(shè)中做到盡早預(yù)防、有效控制。

一、水工混凝土的特點

有別于其它土建行業(yè)，水工混凝土因建設(shè)規(guī)模、使用環(huán)境等不同，具有以下主要特點：

一是除抗壓、抗拉、抗裂等強(qiáng)度指標(biāo)外，對抗凍、抗?jié)B、抗沖耐磨和抗侵蝕的要求較高；二是單塊混凝土結(jié)構(gòu)尺寸大，澆筑強(qiáng)度高，設(shè)備投入多；三是單方膠凝材料用量大，內(nèi)部溫升快，峰值高，溫控措施要求嚴(yán)。

二、水工混凝土裂縫形成原因

水工混凝土的幾何尺寸一般較大，工程質(zhì)量受影響的因素很多。由于溫度和濕度變化，在基礎(chǔ)約束作用下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生很大的約束應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂縫。一般來說，裂縫形成的原因有以下幾個方面：

（一）混凝土熱學(xué)、力學(xué)性能影響

混凝土澆筑后，內(nèi)外溫差對其產(chǎn)生裂縫的影響較大。引起混凝土內(nèi)部溫度升高的熱量主要來源于水泥的水化熱，一般水工混凝土，水泥用量較大，在早期強(qiáng)度增長期內(nèi)會產(chǎn)生大量水化熱，這些熱量不易排出而富聚，導(dǎo)致其內(nèi)部溫度迅速升高，而混凝土外表面一般暴露在空氣中，散熱較快，由此形成內(nèi)外溫差過大，此階段混凝土的強(qiáng)度又很低，較易產(chǎn)生裂縫。因此，需加強(qiáng)混凝土施工時的溫度控制，如：通過降低料倉溫度、粗骨料預(yù)冷、加冰屑拌和等措施，降低混凝土澆筑溫度；采用低熱水泥，通冷卻水等，降低混凝土內(nèi)部溫升；控制基礎(chǔ)混凝土和老混凝土約束部位的澆筑層厚（1～2m為宜）、以及上下層澆筑間歇時間（一般為5～10d），改善新澆筑混凝土的約束條件；冬季加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，降低混凝土內(nèi)外溫差；混凝土拌和物內(nèi)摻加粉煤灰和早強(qiáng)劑、減水劑等外加劑，改善混凝土的熱學(xué)和力學(xué)性能等。

（二）結(jié)構(gòu)型式與分縫分塊的影響

當(dāng)混凝土的結(jié)構(gòu)型式不當(dāng)、設(shè)計形體復(fù)雜，易使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較多的應(yīng)力集中區(qū)，無疑會給裂縫產(chǎn)生提供了機(jī)會。

水工混凝土通過合理分縫、分塊，適當(dāng)減小單倉混凝土的幾何尺寸，對避免產(chǎn)生混凝土裂縫作用明顯。

（三）基礎(chǔ)的影響

柔性基礎(chǔ)的不均勻沉降與基巖等近似剛性基礎(chǔ)的約束也是產(chǎn)生裂縫的原因。

土基等柔性基礎(chǔ)，因個別部位的實際地質(zhì)條件與勘察成果有出入，或因上部建筑物荷載變化，混凝土容易產(chǎn)生不均勻沉降。而基巖、底部老混凝土等剛性基礎(chǔ)的彈性模量一般約為1～3×104MPa，對上部澆筑的混凝土有相當(dāng)大的約束。如：大型倒虹吸混凝土工程，因澆筑部位施工條件的不同，一般情況下洞身底板澆筑時間較快，而墻身混凝土澆筑時間較慢，若施工組織不當(dāng)，當(dāng)?shù)装寤炷僚c墻身混凝土之間的澆筑時間間隔較長時，即能使得底板對墻身混凝土的約束應(yīng)力增大，容易產(chǎn)生裂縫。

由于不均勻沉降與約束的存在，混凝土將會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度1～1.5×104MPa時，就會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

（四）施工因素的影響

施工水平的高低是水工混凝土產(chǎn)生裂縫最主要的原因之一。在水工混凝土施工過程中，往往由于施工人員操作不當(dāng)、機(jī)械設(shè)備能力不足、原材料控制不嚴(yán)或環(huán)境突變應(yīng)對不及時等原因，造成混凝土出現(xiàn)裂縫。如：混凝土拌和不充分，使混凝土和易性較差；混凝土運距較遠(yuǎn)，路面不平整，使混凝土產(chǎn)生離析；混凝土方量較大，澆筑時間過長，施工人員疲憊懈怠，分層不明顯，平倉振搗不及時；設(shè)備出現(xiàn)故障，運輸能力不足，出現(xiàn)澆筑冷縫等，均能導(dǎo)致混凝土澆筑質(zhì)量較差，強(qiáng)度不均勻，降低其抗裂能力。

另外，混凝土拆模后養(yǎng)護(hù)不到位，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)氣溫驟降，防范不及時等，也能引起混凝土產(chǎn)生裂縫。

三、混凝土裂縫預(yù)防與控制

針對混凝土裂縫的成因，工程施工應(yīng)從人員操作、材料供應(yīng)、機(jī)械配備、方案執(zhí)行和施工環(huán)境等方面采取綜合的預(yù)防控制措施，并重點做好以下工作。

一是控制混凝土選材和配合比。充分利用后期設(shè)計強(qiáng)度，優(yōu)化混凝土配比，優(yōu)先采用低熱水泥，并通過摻加外加劑和混合材料，降低水泥用量，減少水化熱。一般采用硅酸鹽水泥，摻入水泥質(zhì)量的20%～30%的粉煤灰，摻加減水劑，對于有抗凍抗?jié)B要求的還要摻加引氣劑等；嚴(yán)格控制混凝土骨料質(zhì)量，粗骨料應(yīng)級配良好，細(xì)骨料宜選擇中砂，砂石骨料堿活性成分、含泥量、針片狀或細(xì)度模數(shù)等指標(biāo)符合規(guī)范要求，料場有防雨、防曬設(shè)施；外加劑選用知名產(chǎn)品，確保質(zhì)量穩(wěn)定有效。

二是地質(zhì)勘察翔實準(zhǔn)確，地基處理措施穩(wěn)妥可靠，避免因地基處理不當(dāng)而造成建筑物不均勻沉降。

三是混凝土施工分倉、分縫合理，一般情況下，一次澆筑方量不宜過大。

四是原材料稱量準(zhǔn)確，混凝土拌和充分，拌和中加強(qiáng)全過程質(zhì)量檢測，調(diào)整及時；混凝土運輸通暢，減少轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，避免離析，入倉、平倉及時，澆搗均勻充分，并有效控制混凝土的入倉溫度和澆筑溫度。

五是高溫季節(jié)，組織夜間施工，采用地下水或加冰屑拌和，控制混凝土出機(jī)溫度，必要時通過溫控計算，在混凝土內(nèi)部埋冷卻水管，通地下水或冷卻水，降低內(nèi)部溫升；冬季施工，骨料堆大堆，并從下部取料，拌和加熱水，加快混凝土入倉和澆筑速度，澆筑后表面覆蓋及時。

六是加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，夏季混凝土澆筑完畢后，表面鋪蓋草袋和塑料薄膜，及時灑水，避免陽光曝曬，保持混凝土表面濕潤，專人負(fù)責(zé)，并作好養(yǎng)護(hù)記錄，養(yǎng)護(hù)時間一般不宜少于14d，有特殊要求部位應(yīng)適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。冬季，宜采取保溫養(yǎng)護(hù)，必要時采用搭棚增溫養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)的目的是防止混凝土內(nèi)外溫差過大，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫。

總之，影響混凝土產(chǎn)生裂縫的因素復(fù)雜而多變，避免混凝土出現(xiàn)裂縫，預(yù)防和控制是關(guān)鍵，需要在設(shè)計、材料、施工，特別是施工中加強(qiáng)控制。只有科學(xué)有效地控制好各種影響因素，才能減少混凝土裂縫出現(xiàn)的機(jī)率，從而保證混凝土的工程質(zhì)量。