水工混凝土裂縫成因分析及防治

黃 輝 張斯鈴

1. 資中縣水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站，四川內(nèi)江 641200； 2. 資中縣水務(wù)局，四川內(nèi)江 641200

混凝土是由水泥等為膠凝材料，砂、石為骨料，加水混合拌制澆筑而成，是由固、液、氣組成的復(fù)合體系。混凝土抗壓強(qiáng)度高，但抗拉強(qiáng)度較低?；炷聊Y(jié)過程，由于溫度影響、干縮變形、水化結(jié)晶等原因，發(fā)生收縮。混凝土自由收縮引起構(gòu)件體積減少而不會(huì)產(chǎn)生裂縫。當(dāng)構(gòu)件受到內(nèi)部或外部約束時(shí)，混凝土收縮受到限制而產(chǎn)生拉應(yīng)力。拉應(yīng)力積累突破抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫。

1 混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因

影響裂縫發(fā)生的因素主要包括材料、施工、使用與環(huán)境、結(jié)構(gòu)與荷載等，且往往不是單一因素造成的。根據(jù)混凝土工程實(shí)踐調(diào)查研究混凝土裂縫成因主要包括以下幾類：

1.1 塑性收縮引起裂縫

混凝土硬化前，失水收縮，骨料因自重下沉，其間混凝土還具備一定的塑性，即塑性收縮。塑性收縮過程中若受到鋼筋、預(yù)埋件等限制，在相應(yīng)部位形成裂縫。

1.2 干縮引起裂縫

混凝土凝結(jié)過程，水分蒸發(fā)導(dǎo)致干燥收縮，體積較原材料的體積減少，產(chǎn)生干縮，在結(jié)構(gòu)表面更為突出?；炷羶?nèi)部干燥收縮與表面的干燥收縮速率不一致，內(nèi)部收縮小，表面收縮大，在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。

1.3 溫度收縮引起裂縫

混凝土具有熱脹冷縮特性?；炷翝仓?，水泥水化熱釋放，中心溫度升高快，形成內(nèi)外溫差；由于季節(jié)性施工措施或養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)，受太陽曝曬、降雨、大風(fēng)、晝夜影響，混凝土內(nèi)外溫度變化不同步，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。

1.4 荷載引起裂縫

結(jié)構(gòu)承載計(jì)算不準(zhǔn)確，斷面及鋼筋用量不足，受力鋼筋直徑過粗，強(qiáng)度等級不當(dāng)，脹縫、縮縫設(shè)置不合理或未設(shè)置；盲目追求工期，提前拆除支架，隨意堆放機(jī)具、材料，結(jié)構(gòu)提前承受荷載；搬運(yùn)、吊裝發(fā)生撞擊等。

1.5 地基沉降引起裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)各部位所處地基地質(zhì)差異大；基礎(chǔ)各部分采取不同的結(jié)構(gòu)形式 （樁基或條基等） ；基礎(chǔ)各部分荷載差異太大；基礎(chǔ)分期建造等，均可能造成地基不均勻沉降。 基礎(chǔ)不均勻沉降或位移，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力，應(yīng)力累積超過結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，會(huì)引起裂縫。

1.6 鋼筋銹蝕引起裂縫

由于保護(hù)層厚度不足等質(zhì)量缺陷，水分和氧氣進(jìn)入混凝土內(nèi)部，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋骨架發(fā)生銹蝕；混凝土受二氧化碳侵蝕炭化，碳化深入保護(hù)層，混凝土堿度降低，誘發(fā)鋼筋銹蝕；銹蝕反應(yīng)使鋼筋體積較銹蝕前增大，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，引起混凝土裂縫、表層剝離。

1.7 堿骨料反應(yīng)導(dǎo)致裂縫

混凝土中的堿性物質(zhì)與骨料中活性氧化硅、碳酸鈣鎂等活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土內(nèi)部自膨脹應(yīng)力而開裂。

1.8 施工不當(dāng)引起裂縫

①混凝土拌和物流動(dòng)性差，混凝土后期沉實(shí)大，引起塑性收縮，產(chǎn)生裂縫。②用水過多，增加混凝土早期收縮量。③養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，混凝土急劇干燥。④由于漏振或超振，混凝土不密實(shí)、不均勻，誘發(fā)鋼筋銹蝕。⑤施工隨意，材料計(jì)量不準(zhǔn)，強(qiáng)度、和易性等指標(biāo)不滿足要求，結(jié)構(gòu)質(zhì)量差。⑥混凝土預(yù)制構(gòu)件堆放、運(yùn)輸、安裝不當(dāng)，未按受力鋼筋布置方向正確安裝。⑦模板、支架剛度不足或受到撞擊，使用過程中發(fā)生變形或不均勻下沉，導(dǎo)致混凝土裂縫。

2 混凝土裂縫防治

如前所述，影響混凝土開裂的因素很復(fù)雜，涉及設(shè)計(jì)、原材料供應(yīng)、施工甚至監(jiān)理和業(yè)主等各方面，防治裂縫需各方共同努力。已有裂縫擴(kuò)展比新生成裂縫容易，所以裂縫控制又應(yīng)從早期抓起，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料制備、現(xiàn)場施工、環(huán)境控制等方面著手搞好綜合預(yù)防，控制早期裂縫、減少后期開裂、保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

2.1 合理設(shè)計(jì)

進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算，對裂縫進(jìn)行驗(yàn)算。①采用足夠的保護(hù)層厚度，防止鋼筋銹蝕。②增配構(gòu)造鋼筋，大體積混凝土結(jié)構(gòu)及惡劣環(huán)境中的純混凝土結(jié)構(gòu)，適當(dāng)布置鋼筋網(wǎng)；軸心受拉構(gòu)件可加大構(gòu)件截面尺寸及提高混凝土的強(qiáng)度等級；也可采用預(yù)應(yīng)力混凝土或在混凝土中摻入鋼纖維等提高構(gòu)件的抗裂能力。③形體設(shè)計(jì)避免斷面突變或做成漸變過渡，預(yù)留空洞等處應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋。④合理設(shè)置脹縫和縮縫，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形的需要。

2.2 材料控制

①合理選擇水泥品種。選用開裂敏感性低的水泥，嚴(yán)禁使用安定性等不達(dá)標(biāo)的水泥。②骨料選擇時(shí)應(yīng)注意砂石粒徑、級配、云母的含量、含泥量、有機(jī)質(zhì)、吸水率等指標(biāo)應(yīng)滿足要求。③盡量減小水泥用量和膠凝材料總量 （用水量） ，減少干縮量。④合理使用外摻劑和外摻料。經(jīng)試驗(yàn)確定外摻料用量，選擇保水性的外摻劑。⑤對骨料進(jìn)行堿活性檢測，預(yù)防和控制堿骨料反應(yīng)的影響。

2.3 科學(xué)施工

①通過試驗(yàn)確定混凝土配合比，保證拌和物質(zhì)量。避免過長時(shí)間的攪拌，勤測坍落度，及時(shí)澆筑。不得在倉內(nèi)向混凝土拌和物加水。②高溫天氣，要通過合理安排施工時(shí)間，采取遮陽覆蓋等措施降低澆筑溫度，防止表面過早硬化。③合理確定施工縫的間距。④科學(xué)安排澆筑順序，預(yù)防不均勻沉降引起開裂。⑤不漏振、不超振，保證混凝土的密實(shí)性和均勻性。

2.4 認(rèn)真做好養(yǎng)護(hù)和保護(hù)工作

應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)體型、施工資源配置等要求，結(jié)合季節(jié)、天氣等條件，落實(shí)好混凝土養(yǎng)護(hù)與保護(hù)。①對于薄壁結(jié)構(gòu)，澆筑后立即覆蓋，避免塑性開裂。②整個(gè)養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)保持混凝土表面濕潤。③大體積混凝土宜采取骨料預(yù)冷、控制入模溫度等溫控措施。④根據(jù)混凝土的部位、尺寸和強(qiáng)度增長等合理確定拆模時(shí)間，防止產(chǎn)生荷載裂縫。⑤大面積混凝土應(yīng)及時(shí)切割縮縫。

3 結(jié)語

裂縫是侵蝕性介質(zhì)進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的通道，尤其是關(guān)鍵部位的裂縫、深層裂縫、貫穿性裂縫影響水利工程功能和效益的正常發(fā)揮，甚至對工程結(jié)構(gòu)安全和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。防治裂縫意義重大，只要在設(shè)計(jì)、材料、施工、養(yǎng)護(hù)各環(huán)節(jié)做好預(yù)防，方可克服和控制裂縫，保證混凝土成型質(zhì)量。

參與文獻(xiàn)

[1] 鄭旭榮.水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：218-246.

[2] 水利部.水利水電工程施工質(zhì)量通病防治導(dǎo)則[M].北京：中國水利水電出版社，2013.