淺析水工混凝土裂縫原因及應(yīng)對(duì)措施

吳永斌

(新疆塔里木河流域希尼爾水庫(kù)管理處 新疆庫(kù)爾勒 841000)

巴音郭楞蒙古自治州（以下簡(jiǎn)稱巴州）位于新疆維吾爾自治區(qū)東南部。東經(jīng) 82°38′～ 93°45′，北緯35°38′～43°36′之間。巴州屬典型大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，春季升溫快而不穩(wěn)，秋季短暫而降溫迅速，多晴少雨，光照充足，空氣干燥，風(fēng)沙較多。其中，南5 縣（市）屬塔里木盆地東部暖溫帶干旱區(qū)，該區(qū)域光熱充足，熱量資源比較豐富，冬夏和晝夜溫差大，空氣干燥，≥10℃積溫3870～4300℃，無(wú)霜期175～200 天。北4 縣即焉耆、和靜、和碩與博湖屬焉耆盆地中溫帶區(qū)，該區(qū)域日照充足，氣候溫和，≥10℃積溫3420-3580℃，無(wú)霜期平均175 天左右。

隨著國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)及塔里木河流域綜合治理工程的開(kāi)展，巴州水利工程無(wú)論從規(guī)模上還是數(shù)量上，都有了較大的發(fā)展。而水工混凝土建筑物在建設(shè)和使用過(guò)程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫，這些，困擾著我們的工程技術(shù)人員。 大量工程實(shí)踐所提供的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的，應(yīng)將其有害程度控制在允許范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)物的裂縫，大致可分為荷載作用引起的裂縫和變形引起的裂縫兩大類，而變形作用包括溫度（水化熱、氣溫、生產(chǎn)熱、太陽(yáng)輻射等）、濕度（自生收縮、失水干縮、碳化收縮、塑性收縮等）、地基變形（膨脹地基、濕陷地基、地基差異沉降等）。

1 混凝土裂縫產(chǎn)生案例分析

我州水工建筑物出現(xiàn)的裂縫，大多屬于變形裂縫，由于荷載作用引起的裂縫較少。下面就我州某些水工建筑物發(fā)生的一些裂縫，做一些初步的分析。

1.1 案例一

某大型水利工程中3 塊大體積鋼筋混凝土筏型底板，其中2 塊底板厚度為1.5m。第1 塊厚度1.5m 底板，于當(dāng)年10月底澆注。施工時(shí)施工單位將厚度1.5m 的底板分兩層澆注。第1 層底板于當(dāng)年10月底澆注，先澆注0.75m。拆除側(cè)模后，發(fā)現(xiàn)四周有垂直于板的裂縫，繼而在已澆筑面上也發(fā)現(xiàn)了裂縫。經(jīng)取芯檢測(cè)，裂縫是由頂至底貫通的。后經(jīng)各方專家的研究，采用聚胺脂灌漿進(jìn)行了封堵處理，取芯檢測(cè)，灌縫效果較好。分析發(fā)生裂縫的主要原因是混凝土的內(nèi)外溫度差引起的溫度變形而產(chǎn)生的。當(dāng)年10月底，恰逢寒流降溫，而施工上側(cè)模未采取任何保溫措施，澆注層表面由于是在板的中部分層，施工時(shí)未布設(shè)防裂鋼筋，隨后保溫保濕措施跟不上，裂縫的發(fā)生是不可避免的。同一工程中另一塊底板厚度也是1.5m，澆注時(shí)間是當(dāng)年的11月份，有鑒于第一塊底板發(fā)生裂縫后而總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，在施工中未對(duì)底板厚度分層，同時(shí)對(duì)側(cè)模采取保溫措施，混凝土澆注后即時(shí)進(jìn)行保溫覆蓋，經(jīng)拆模檢查再未發(fā)現(xiàn)裂縫。而第3 塊底板于次年十月底澆注，亦恰逢寒流降溫，但施工措施得當(dāng)，保溫到位，也未發(fā)現(xiàn)裂縫。從后兩塊大體積鋼筋混凝土底板的澆注情況來(lái)看，正確而合理的施工措施是完全可以避免出現(xiàn)類似混凝土裂縫的。

1.2 案例二

某大型水利工程中的閘墩，前池側(cè)墻以及主廠房地面以下四周側(cè)墻都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在澆注混凝土后，拆模發(fā)現(xiàn)在不同澆筑層有垂直建筑物長(zhǎng)邊的垂直裂縫，裂縫形狀呈棗核狀，中間寬，兩頭窄。這些墩及墻厚度一般在0.6～1.0m，高度5～13m。施工中有的是當(dāng)年分層澆注的，有的是在前一年已澆注的老混凝土上澆注的。分析產(chǎn)生這些裂縫的原因，是由于新澆混凝土在硬化過(guò)程中降溫和收縮同時(shí)發(fā)生，新澆混凝土結(jié)構(gòu)受外力的約束（老混凝土的約束），而承受相互疊加的拉應(yīng)力大于新澆混凝土此時(shí)的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫。而主廠房地面以下四周側(cè)墻及前池側(cè)墻的混凝土施工，一部分是在前一年的老混凝土基礎(chǔ)上繼續(xù)施工的，另一部分是當(dāng)年分層澆注施工的。由于該工程的混凝土有抗硫酸鹽腐蝕要求，采用高性能混凝土分層澆注施工時(shí)，每層間隔周期一般在35 天左右，而此刻已澆注的混凝土的強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的120%～130%，甚至更高。實(shí)際下層混凝土已成“老混凝土”，對(duì)上層混凝土在硬化過(guò)程和收縮時(shí)產(chǎn)生一種約束力，使混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了裂縫。

1.3 案例三

某輸水水利工程沿途有6 座交通橋，上部結(jié)構(gòu)系預(yù)制鋼筋混凝土T 型梁。這幾座橋是由不同的施工單位承建，但六座橋的預(yù)制鋼筋混凝土T型梁拆模后，在梁板交接處都有不同程度的水平裂縫。經(jīng)超聲波檢測(cè)系表面裂縫，僅做了表面處理。這種裂縫就是典型的沉縮裂縫。裂縫常出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的變截面處、梁板交接處、梁柱交接處。因混凝土的流動(dòng)性不足或流動(dòng)性過(guò)大，硬化前沒(méi)有密實(shí)或密實(shí)不均，就會(huì)發(fā)生裂縫，裂縫的深度一般達(dá)到鋼筋表面。梁板施工工藝是一次澆注振搗完成，由于梁板的沉降不均就會(huì)產(chǎn)生裂縫。鑒于對(duì)這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，后來(lái)在另一座橋的施工中采用梁澆完后等待30～40min 再澆注板的方法，結(jié)果拆模后未發(fā)生裂縫。當(dāng)然對(duì)這種情況也可采用混凝土澆注1～2h 后，對(duì)混凝土采用二次振搗措施，也可防止裂縫的產(chǎn)生。

2 混凝土裂縫的控制措施

國(guó)外許多工程的實(shí)踐證明，只要設(shè)計(jì)與施工緊密配合，裂縫是可以控制的?，F(xiàn)就施工方面的措施做一簡(jiǎn)要敘述。為了防止裂縫形成，著重從控制溫升、減少溫度應(yīng)力方面采取一些措施。這些措施不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，必須結(jié)合實(shí)際全面考慮，合理采用，才能收到防止裂縫的效果。

2.1 加強(qiáng)混凝土材料的控制

（1）水泥。在混凝土施工中，水化熱引起的溫升較高，降溫幅度大，容易引起溫度裂縫。為此，在施工中應(yīng)選用水化熱較低的水泥以及盡量降低單位水泥用量。

（2）摻合料及外加劑?；炷林袚饺敕勖夯一虻V渣微粉等摻合料，不僅能代替部分水泥，也可以大大改善混凝土的工作性和可泵性，且可明顯降低混凝土水化熱。另外摻加外加劑，如減水劑，可減少拌合用水，同時(shí)也減少了水泥用量，從而降低水化熱。又如摻加膨脹劑還可減少因外約束而使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。

（3）混凝土骨料?；炷潦┕r(shí)，混凝土骨料的尺寸與結(jié)構(gòu)物的配筋，混凝土澆注工藝等因素有關(guān)。

粗骨料盡可能用大粒徑的骨料，可減少用水量，減少水泥的水化熱，降低混凝土的溫升；細(xì)骨料采用中砂、粗砂，比采用細(xì)砂時(shí)減少用水量，水泥相應(yīng)也減少，從而降低水泥水化熱和混凝土的干縮。

（4）大體積混凝土中摻加大塊石。在混凝土中摻加無(wú)裂縫、沖洗干凈的堅(jiān)固大塊石，不僅減少了混凝土用量，降低了水化熱，節(jié)約了工程投資，而且由于水泥水化熱的降低，給控制裂縫帶來(lái)一定好處。

2.2 做好混凝土施工養(yǎng)護(hù)工作

（1）混凝土的施工。根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料，普通混凝土的極限拉伸離散性很大，這與水泥用量、水泥砂漿量、水灰比、粗骨料品種、砂石含泥量、混凝土搗固程度以及養(yǎng)護(hù)條件等有關(guān)。因此，在施工中必須創(chuàng)造各種條件，確保混凝土的均勻密實(shí)。

（2）養(yǎng)護(hù)工作。在盡量減少混凝土內(nèi)部溫升的前提下，混凝土的養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)關(guān)鍵工作，必須切實(shí)做好。養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度條件?；炷恋谋卮胧┏３Ｒ财鸬奖竦男Ч?。從溫度應(yīng)力的觀點(diǎn)出發(fā)，保溫的目的有2 個(gè)，一是減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，減少混凝土表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫；二是延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料松弛特性，使平均總溫差對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土拉抗強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。

2.3 合理使用混凝土摻合料

現(xiàn)代混凝土科學(xué)大量使用礦物細(xì)摻料，既是提高混凝土性能的需要，又可減少對(duì)水泥量的要求；既可減少煅燒水泥熟料時(shí)CO2的排放，又因大量利用粉煤灰、礦渣微粉及其他工業(yè)廢料而有利于保護(hù)環(huán)境。

而水泥外加劑的使用歷史更長(zhǎng)，引氣劑和減水劑的使用大大地改善了混凝土的工作性和耐久性。而膨脹劑又可配制出膨脹混凝土，可減少混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力防止裂縫的產(chǎn)生。

這些礦物細(xì)摻料、外加劑的拌和參數(shù)，需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。混凝土的試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，試驗(yàn)中要有足夠的時(shí)間進(jìn)行調(diào)配，使混凝土各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土裂縫是水工混凝土結(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，應(yīng)對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行認(rèn)真分析、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理。并采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)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。