试论水工混凝土裂缝的防范与处理

摘要：裂缝是水工混凝土建筑物最普通、最常见的病害之一，严重的裂缝不仅危害建筑物的整体性和稳定性，而且还会使水工建筑物的耐久性大大降低。为此，在工作中必须严肃对待，针对其成因采取有效措施，尽量避免和减少裂缝的产生及有效地控制裂缝宽度，保证工程安全运行。本文笔者即围绕水工混凝土裂缝的防范与处理展开讨论，明晰水工混凝土裂缝防范与处理的意义、分析出现裂缝分类与致因并给出了水工混凝土裂缝的防范与处理措施。

关键词：裂缝 混凝土 水工 策略

1 水工混凝土裂缝防范与处理的意义

混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质的多项复合脆性材料。由于混凝土施工和本身变形和约束等一系列问题，使混凝土产生裂缝，微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土结构的承重、防渗及其他功能不产生危害。但是受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成肉眼可见的宏观裂缝，这些裂缝已成为水利工程中常见的工程病害，轻者使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值等。总而言之，对混凝土裂缝的控制已成为水利工程建设引起高度重视的问题之一。

2 水工混凝土出现裂缝分类与致因

2.1 水工建筑物裂缝的种类 ①按裂缝产生的原因划分有：由外荷载（包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载）引起的裂缝；由变形（包括温度、湿度变形、不均匀沉降等）引起的裂缝；由施工操作（如制作、脱模、养护、堆放、运输、吊装等）引起的裂缝。②按裂缝的方向、形状划分有：水平裂缝，垂直裂缝，横向裂缝，纵向裂缝，斜向裂缝以及放射状裂缝等。③按裂缝深度划分有：贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。

2.2 水工建筑物裂缝的致因 ①混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内外温差较大，使混凝土的形变超过极限引起裂缝。②混凝土在硬化的过程中，由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝，这种裂缝的宽度有时会很大，甚至会贯穿整个构件。③在厚度较大的构件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂缝。④当有约束时，混凝土热涨冷缩所产生的体积涨缩，因为受约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度低，容易被温度引起的拉应力拉裂，从而产生温度裂缝。由于太阳暴晒产生裂缝也是工程中最常见的现象。⑤混凝土加水拌和后，水泥中的碱性物质与活性骨料中活性氧化硅等起反应，析出的胶状碱-硅胶从周围介质中吸水膨涨，体积增大三倍，从而使混凝土涨裂产生裂缝。⑥在炎热的大风天气，混凝土表面蒸发较过快，造成混凝土内部水化热过高，在混凝土浇筑数小时仍处于塑性状态，易产生塑性收缩裂缝。⑦构件超载产生的裂缝，例如：构件在超出设计的均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝，构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向卜、下延伸。⑧当结构的基础出现不均匀沉陷，就有可能会产生裂缝，随着沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。⑨当钢筋混凝土处于不利环境中，例如：侵蚀性水，由于混凝土保护层厚度有限，特别是当混凝土密实性不良，环境中的氯离子等和溶于水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈，生成氧化铁，氧化铁的体积比原来金属的体积大的多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂。

3 水工混凝土裂缝的防范与处理措施

3.1 减小混凝土内外温差的措施 ①降低水化热温升：混凝土内部的温度上升是由于水泥水化反应释放热量造成的，由于混凝土的导热性差，使得热量蓄积。因此，应该通过降低水泥用量入手控制混凝土内部的温度上升：单方混凝土水泥用量每减少10kg，混凝土温升值就会降低1℃。由于水化热温升与水泥用量确实具有一定的线性关系，降低水泥用量可以作为控制温度应力的另一主要手段，且越是厚混凝土其效果越明显。主要通过掺加粉煤灰和减水剂来降低水泥用量。②降低混凝土入模温度：为了降低混凝土内部温度的峰值，在水化热温升一定的情况下，控制混凝土出机温度和入模温度是有必要的。一般认为，混凝土浇筑温度每升高10℃则混凝土内部温度的峰值将提高3～5℃，混凝土的浇筑温度最好控制在35℃以下。具体包括：a控制部分原材料的温度：搅拌后的混凝土热量与搅拌前原材料所含热量是相等的，要想控制混凝土的出机温度就要从控制原材料的温度入手。一般来说，要想将混凝土出机温度降低1℃，需要将水泥温度降低8℃，或将水温降低4℃，或将骨料温度降低3℃。因为砂石料降温较困难，主要是采取措施降低水温和水泥温度：夏季将蓄水池加盖板，防止日晒；拌合机上水管路不直接暴露在阳光下；在供水强度满足时直接将自来水引到搅拌机，以降低拌合水温度；b混凝土浇筑尽量安排夜间施工：在混凝土原材料中，综合考虑各种材料的比热和占混凝土容重的比例，对混凝土出机温度影响大小的排序为：石子、水、砂子、水泥，只控制水和水泥的温度效果并不明显。所以选择效果最好又最经济的办法，即夜间浇筑，这时所有原材料温度都偏低，根据现场实测，夜间混凝土出机温度一般要比白天低3℃左右；c控制混凝土运输和入模过程中的升温：在夏季施工时，加强组织协调，缩短混凝土从出机到入模的时间。将管路用湿麻袋覆盖，防止日晒升温。还可以经常在混凝土罐车的转筒上浇水降温。③加强保温，控制混凝土内外温差：a混凝土测温：为了掌握混凝土内部温度的变化情况，及时采取保温、散热等措施，做到现场多次、多处测温。测温采用半导体全自动测温仪，混凝土浇筑前在指定位置埋设测温元件。测温时间一般从浇筑后6小时开始，每隔6小时一次；b保温措施：根据国内外的经验，混凝土中心温度和表面温度之差控制在20～30℃以内，一般可以防止有害裂缝的产生，实际操作过程中，按照《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-96）的规定，以内外温差不超过20℃为标准采取保温措施。为了防止混凝土表面温度下降速率太大，条件允许时应该尽量延长拆模时间。拆模以后也要尽快覆盖保温层，防止风吹。正常施工时的保温：混凝土表面挂铺一层塑料薄膜，然后是两层麻袋，雨天为了防止冷击，麻袋外再设一层薄膜。冬季施工时采用蓄热法保温养护：混凝土顶面铺双层塑料薄膜，内夹三层草帘；侧模采用保温模板，即模板外侧挂三层草帘，外罩篷布或加塑编织布。模板拆除以后，混凝土侧表面围保温被，为满足施工防火需要，保温被由两层土工布内衬岩棉毡做成

3.2 减小约束的措施 新浇筑混凝土所受约束主要有两种：一是新老混凝土之间的约束，一是下伏基岩的约束。约束应力（温度收缩应力）的大小与老混凝土和基岩的弹性模量E有关，E值越大则约束应力越大；当结构刚度一定的情况下，结构的长度越大则约束应力越大。首先，混凝土的弹性模量随着龄期的增长而增大，间歇期越长，对新浇筑混凝土的约束越大，通过合理组织生产，缩短间歇期，起到一定效果。其次，在机械开挖后由人工进行整平，减小因混凝土收缩产生的约束应力此外，将垫层表面尽量做平整、光滑，将对上部结构的约束降到最低程度。然后，混凝土所受约束应力是在降温过程中由其自身收缩产生的。降温速度越快，约束应力越大，施工中通过测温和采取保温措施调整降温速率，注意防止寒潮侵袭，充分利用混凝土徐变特性产生的松弛效应，避兔裂缝的产生。

3.3 提高混凝土的抗裂能力 ①采用微膨胀混凝土：可以选用FN-M型膨胀剂是硫铝型膨胀剂，又名明矾石膨胀剂，化学成分以氧化铝和三氧化硫为主，其作用机理是与水化合成硫铝酸盐并结晶为针状晶体，填充混凝土的孔隙，占据混凝土的收缩空间，起到补偿收缩的作用。微膨胀可以将混凝土应力状态转变为自应力，避兔或减小拉应力，达到防裂目的。②聚丙烯纤维网的应用：可以采用聚丙烯纤维网混凝土，可以增大混凝土抗拉强度，有效防止收缩裂缝的产生。聚丙烯纤维网混凝土在九十年代已广泛应用于公路、房建等工程中，而在水工建筑物尚属罕见。纤维能明显增强混凝土的耐磨性、抗冲击性，而不降低其抗压强度、抗冻及抗渗性能。③提高混凝土施工质量：a严格控制原材料的质量：在控制好砂石料进料质量的同时，提高碎石进场后的筛洗质量。水泥要在生产后10天以上才能使用，或控制其温度必须降至或接近自然温度，以保证体积安定性符合规范要求；b做好施工缝接茬处理：浇筑上层混凝土之前，下层混凝土预先用水湿润，浇筑时刷水泥素浆，避兔接茬处出现干缩裂缝；c坚持二次振捣和二次抹面：为了保证混凝土均匀、密实，减少内部缺陷，提高混凝土抗裂能力，采取二次振捣的措施。④加强养护：混凝土水化反应需要潮湿的环境，潮湿养护可以提高混凝土早期强度，提高抗裂能力。另外，潮湿养护充分利用了混凝土的"干缩湿胀"的特性，减少了混凝土浇筑初期出现干缩裂缝的几率。混凝土初凝后，立即覆盖塑料薄膜，防止水分散失，薄膜上覆盖两层麻袋，并浇淡水保温保湿养护。特别对于微膨胀混凝土，必须始终保持湿润，充分发挥膨胀作用。⑤减小应力集中，配置限裂钢筋：根据试验研究的结果，钢筋防止出现裂缝的作用不大，但可以限制裂缝发展，在配筋率超过0.2％时，限裂作用即比较明显。对一些平面凹进的部位，增设加强角过渡，减少因形状突变导致应力集中现象，还可配置构造钢筋，提高了抗裂能力。

3.4 其它防裂技术措施 ①混凝土表面干缩裂缝的预防措施：现浇混凝土的表面，如果在浇筑完成后暴露在空气中，常常会因为失水过快而产生干缩裂缝，为了控制混凝土表面出现干缩裂缝，采取以下措施：a做好混凝土振捣过程中的泌水处理，及时将泌水排除，提高混凝土的质量；b在混凝土抹面完成以后及时进行潮湿养护，始终保持混凝土表面为湿润状态。②混凝土塑性沉缩裂缝的预防措施：消除混凝土塑性沉缩裂缝的最有效的办法就是坚持二次振捣二次振捣的时间要掌握在混凝土初凝之前，一般在混凝土浇筑后1～3小时进行，应凭经验或根据具体情况确定。二次振捣的目的在于恢复混凝土的塑性。

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