混凝土產生裂縫原因及防護措施

賈瑞紅

（唐山市陡河水庫管理處，河北 唐山063021）

混凝土從普遍意義上來說就是砂石骨料、水泥、水及其他外加材料的混合，是一種多項復合的非均質脆性材料［1］。從目前使用現(xiàn)狀來看，混凝土作為建筑材料，已被廣泛應用，多見于海港城市建設，民用和工業(yè)建筑，水利及交通中。但由于混凝土自身特性問題，常常會導致施工中出現(xiàn)自身的約束、形變等?；炷敛煌潭鹊牧芽p，在水利工程中已成為常見的工程病害，鋼筋混凝土結構的承載力、耐久性及使用價值等被降低，人們的生命安全和財產安全受到嚴重的威脅。因此，必須充分重視修補和控制混凝土裂縫。

1 混凝土裂縫的類型

因為變化的溫度，沉降不均勻及其他原因，超過了混凝土抵抗變形的能力和自身的強度會產生變形。根據裂縫產生的原因不同分為5類：沉陷裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、應力裂縫、施工裂縫，見表1。

表1 5類裂縫的基本特征

2 混凝土裂縫產生的原因

混凝土產生裂縫的原因，主要有基礎不均勻沉降、養(yǎng)護不充分、濕度、溫度的變化和模板變形等。

2.1 水化熱過大導致體積變化大

水泥在硬化過程中，大量的水化熱量在水泥凝固時被釋放，使混凝土內部的溫度不斷升高，在其表面產生較大的拉應力；而在后期混凝土開始降溫，由于受到老混凝土或者地基的約束，其背部很容易產生的拉應力。此外，當氣溫在外部驟降時，裂縫會在拉應力高于混凝土的抗裂縫能力時產生。許多混凝土內部濕度變化很小或者變化較慢，而其表面濕度發(fā)生較大變化或劇烈變化［2］。這個過程中主要產生了2種約束：①內部約束。因為水化熱在混凝土內部不易散發(fā)，表面的容易散發(fā)，從而使其內部溫度高于表面溫度，也就是受內部約束表面作體積收縮，而受表面約束，受壓狀態(tài)內部體積膨脹而產生裂縫［3］。②外部約束。當在巖石上或原混凝土上澆筑混凝土時，外部巖石或原混凝土會約束其體積變化。在水泥急劇水化的初期，其產生大量的熱量，從而造成水泥體積膨脹。后期水泥水化熱不斷減少，導致水化熱量小于散熱量，溫度下降明顯，因而此時混凝土的體積必將受限?；炷恋氖芾瓲顟B(tài)由受壓狀態(tài)直接產生，拉應力也隨之生成，從而導致裂縫的產生。

2.2 混凝土抗拉能力低

混凝土的抗壓強度是抗拉強度的10倍左右，短期加荷的極限拉伸變形情況是0.6×10-4～1.0×10-4，長期加荷的極限拉伸變形情況是1.2×10-4～2.0×10-4。因為澆筑過程中的離析現(xiàn)象、不均勻的原材料及不穩(wěn)定的水灰比等原因，使其在許多薄弱部位抗拉能力很低。同一塊混凝土中抗拉強度不均勻，裂縫很容易出現(xiàn)在這些薄弱部位。一般拉應力在鋼筋混凝土中，主要由鋼筋承擔，而壓實力被混凝土承受。如果在混凝土內或鋼筋混凝土邊緣部位的結構內出現(xiàn)了拉應力，那么拉應力被混凝土自身承受。在正常設計情況下，通常認為無拉應力或拉應力很小情況，但是混凝土在實際運用過程中有很強的吸熱能力，無法避免其內部出現(xiàn)拉應力。

3 防止混凝土產生裂縫的措施

3.1 降低或消除約束

主要的消除或降低約束方法有：

3.1.1 外部約束

在水利工程中，由基巖的彈性模量所決定，約束程度越大就要求彈性模量越高。在其未充分硬化時澆筑，是因為難以做到降低基巖的彈性模量。與此同時，混凝土的體積變化過大，可以通過添加線脹系數(shù)小的骨料來避免。

3.1.2 凍害裂縫

凍害裂縫主要有兩種：一種是硬化的混凝土被交替凍融現(xiàn)象所破壞，另一種是凍結發(fā)生在還未達到要求強度的凝結后的混凝土上。

B企業(yè)創(chuàng)始人發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)吹風機存在不易攜帶、噪音大、溫度不易控制等問題，進而識別到了創(chuàng)業(yè)機會。在模仿戴森吹風機的中空式設計和氣流倍增技術的基礎上，設計出與其功能相似，但更便于攜帶的智能吹風機。根據編碼結果，模仿型機會條目數(shù)為12，大于創(chuàng)新型機會的條目數(shù)6，可將其判定為模仿型機會。

3.2 減小溫度變形

3.2.1 優(yōu)化設計配合比控制水泥水化熱

（1）為防止體積變形，在水泥的選擇上，一般水利工程中混凝土在水化熱高的硅酸鹽水泥和用普通硅酸鹽水泥不宜使用，如若條件允許，可以通過摻加適當?shù)幕钚曰旌喜牧辖档退療幔€可使用低熱的中熱硅酸鹽水泥和礦渣水泥。

（2）水泥水化產生的熱量導致的溫度變化，是水利工程中混凝土裂縫產生的主要原因，因此，應該在盡可能降低設計強度的情況下，盡量減小水泥用量。

（3）夏季施工時，使用外加劑（如緩凝高效減水劑）以減少水化溫升和混凝土發(fā)熱量。

3.2.2 控制出機口溫度，拌和制冷

（1）明確掌握技術要求。

（2）掌握制冷拌和工藝，制冷工藝的好壞決定了混凝土的溫升和預冷效果的控制。

3.2.3 溫度控制

混凝土在運輸過程中要注意控制溫度，避免太陽直射。覆蓋保溫可以用來防止倉面混凝土溫升過快，還可使用噴霧進行降溫。

3.2.4 通風降溫，通水冷卻

削減混凝土的溫度高峰，主要在初期對混凝土加水來實現(xiàn)。減少混凝土外部和內部的溫度差主要在混凝土進行通風的中期來實現(xiàn)；穩(wěn)定混凝土內部的溫度主要在混凝土通風的后期來實現(xiàn)，并為修補混凝土裂縫創(chuàng)造有利的條件。

3.3 提高混凝土的抗拉能力

目前配筋、用摻加纖維及聚合物浸漬等，是提高抗拉強度的方法，但也有其局限性。因此，在不影響工程質量前提下，只能選擇性地采用這些辦法。

3.4 進行養(yǎng)護

在環(huán)境條件氣溫高、濕度低的情況下，覆蓋保濕材料及噴水養(yǎng)護等措施必須及早進行，拆模的時間也要掌握好。不能過早進行拆模，否則會造成混凝土的損壞或者開裂不能在齡期內，而弱勢混凝土可以晚些時間拆模。此外，大風襲擊和高溫季節(jié)也要充分注意到邊緣部位表層硬化或截面下部和中部差異收縮情況。

3.5 加強施工技術管理

開挖基坑后，經監(jiān)理工程師到現(xiàn)場進行驗收并取得認可后，方可進行澆筑。如果在施工過程中出現(xiàn)不利地質情況，必須先做加固處理；若要繼續(xù)施工，必須要在驗收合格后才能進行?；坶_挖時應該注意，不能破壞其原狀結構；進行施工時，工序必須要按照合理的順序；保溫保濕養(yǎng)護側墻時，防止表里溫差過大，不論冬天還是在夏天，都必須進行養(yǎng)護。

4 混凝土裂縫修補的方法

4.1 充填法［4］

對于寬度大于0.5mm的裂縫，槽頂寬10cm的“U”型槽或“V”型槽，在其裂縫處鑿出，然后在槽中充填密封材料，如圖1。

圖1 裂縫沿V型和U型處理效果

目前充填密封材料主要有環(huán)氧砂漿、聚合物水泥砂漿、水泥砂漿及彈性環(huán)氧砂漿等。如果在鋼筋已經被銹蝕在鋼筋混凝土結構中，那么在鑿開混凝土時必然會看到鋼筋生銹部分，除去鋼筋上的銹，然后再充填水泥砂漿或環(huán)氧樹脂砂漿。“U”型槽是針對活縫的裂縫來說，其底部墊有混凝土不黏的材料，然后再填充彈性嵌縫材料。

4.2 注入法［4］

注入法有真空吸入法與灌漿法（壓力注）2種方法。

（1）較深較細的裂縫適用于灌漿法 （一般寬為0.2～0.3mm），灌漿材料主要有彈性聚氨酯漿材、水泥漿材、普通環(huán)氧漿材及水溶性聚氨酯漿材等。

（2）各種表面裂縫的修補適用于真空吸入法，通過真空泵形成真空將漿材吸入到縫內。

4.3 表面覆蓋法［5］

表面覆蓋法使用寬度小于0.2mm的細微裂縫，主要有分涂覆裂縫部和全部涂覆兩種。無法深入修補和難以追蹤延伸裂縫的變化是這種方法自身的缺點。一般情況下，根據所處環(huán)境的不同和被修補物的不同，用不同表面覆蓋材料，如采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。

5 結語

對水利工程施工中產生的各種裂縫進行了分析，提出了修復方法及處理措施。

［1］周庶，賈東權，張巍.混凝土施工中的裂縫防治措施［J］.東北水利水電，2008（9）:19-22.

［2］吳中偉.高性能混凝土［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］牛光庭，李亞杰.建筑材料［M］.北京：水利電力出版社，1993.

［4］何國棟.水工混凝土裂縫成因及修復技術［J］.甘肅水利水電技術，2009，45（5）:64-65.

［5］劉永富，李海波，孫淑玉.淺談水工混凝土裂縫的預防及處理［J］.水利科技與經濟，2009， 15（4）:365-366.