試論水工混凝土裂縫的防范與處理

摘要：裂縫是水工混凝土建筑物最普通、最常見的病害之一，嚴重的裂縫不僅危害建筑物的整體性和穩定性，而且還會使水工建筑物的耐久性大大降低。為此，在工作中必須嚴肅對待，針對其成因采取有效措施，盡量避免和減少裂縫的產生及有效地控制裂縫寬度，保證工程安全運行。本文筆者即圍繞水工混凝土裂縫的防范與處理展開討論，明晰水工混凝土裂縫防范與處理的意義、分析出現裂縫分類與致因并給出了水工混凝土裂縫的防范與處理措施。

關鍵詞：裂縫 混凝土 水工 策略

1 水工混凝土裂縫防范與處理的意義

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質的多項復合脆性材料。由于混凝土施工和本身變形和約束等一系列問題，使混凝土產生裂縫，微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土結構的承重、防滲及其他功能不產生危害。但是受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成肉眼可見的宏觀裂縫，這些裂縫已成為水利工程中常見的工程病害，輕者使混凝土內部的鋼筋材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土結構的承載力、耐久性、使用價值等。總而言之，對混凝土裂縫的控制已成為水利工程建設引起高度重視的問題之一。

2 水工混凝土出現裂縫分類與致因

2.1 水工建筑物裂縫的種類 ①按裂縫產生的原因劃分有：由外荷載（包括施工和使用階段的靜荷載、動荷載）引起的裂縫；由變形（包括溫度、濕度變形、不均勻沉降等）引起的裂縫；由施工操作（如制作、脫模、養護、堆放、運輸、吊裝等）引起的裂縫。②按裂縫的方向、形狀劃分有：水平裂縫，垂直裂縫，橫向裂縫，縱向裂縫，斜向裂縫以及放射狀裂縫等。③按裂縫深度劃分有：貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。

2.2 水工建筑物裂縫的致因 ①混凝土水化時產生的大量水化熱得不到散發，導致混凝土內外溫差較大，使混凝土的形變超過極限引起裂縫。②混凝土在硬化的過程中，由于干縮引起的體積變形受到約束時產生的裂縫，這種裂縫的寬度有時會很大，甚至會貫穿整個構件。③在厚度較大的構件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂縫。④當有約束時，混凝土熱漲冷縮所產生的體積漲縮，因為受約束力的限制，在內部產生了溫度應力，由于混凝土抗拉強度低，容易被溫度引起的拉應力拉裂，從而產生溫度裂縫。由于太陽暴曬產生裂縫也是工程中最常見的現象。⑤混凝土加水拌和后，水泥中的堿性物質與活性骨料中活性氧化硅等起反應，析出的膠狀堿-硅膠從周圍介質中吸水膨漲，體積增大三倍，從而使混凝土漲裂產生裂縫。⑥在炎熱的大風天氣，混凝土表面蒸發較過快，造成混凝土內部水化熱過高，在混凝土澆筑數小時仍處于塑性狀態，易產生塑性收縮裂縫。⑦構件超載產生的裂縫，例如：構件在超出設計的均布荷載或集中荷載作用下產生內力彎矩，出現垂直于構件縱軸的裂縫，構件在較大剪力作用下，產生斜裂縫，并向卜、下延伸。⑧當結構的基礎出現不均勻沉陷，就有可能會產生裂縫，隨著沉陷的進一步發展，裂縫會進一步擴大。⑨當鋼筋混凝土處于不利環境中，例如：侵蝕性水，由于混凝土保護層厚度有限，特別是當混凝土密實性不良，環境中的氯離子等和溶于水中的氧會使混凝土中的鋼筋生銹，生成氧化鐵，氧化鐵的體積比原來金屬的體積大的多，鐵銹體積膨脹，對周圍混凝土擠壓，使混凝土脹裂。

3 水工混凝土裂縫的防范與處理措施

3.1 減小混凝土內外溫差的措施 ①降低水化熱溫升：混凝土內部的溫度上升是由于水泥水化反應釋放熱量造成的，由于混凝土的導熱性差，使得熱量蓄積。因此，應該通過降低水泥用量入手控制混凝土內部的溫度上升：單方混凝土水泥用量每減少10kg，混凝土溫升值就會降低1℃。由于水化熱溫升與水泥用量確實具有一定的線性關系，降低水泥用量可以作為控制溫度應力的另一主要手段，且越是厚混凝土其效果越明顯。主要通過摻加粉煤灰和減水劑來降低水泥用量。②降低混凝土入模溫度：為了降低混凝土內部溫度的峰值，在水化熱溫升一定的情況下，控制混凝土出機溫度和入模溫度是有必要的。一般認為，混凝土澆筑溫度每升高10℃則混凝土內部溫度的峰值將提高3～5℃，混凝土的澆筑溫度最好控制在35℃以下。具體包括：a控制部分原材料的溫度：攪拌后的混凝土熱量與攪拌前原材料所含熱量是相等的，要想控制混凝土的出機溫度就要從控制原材料的溫度入手。一般來說，要想將混凝土出機溫度降低1℃，需要將水泥溫度降低8℃，或將水溫降低4℃，或將骨料溫度降低3℃。因為砂石料降溫較困難，主要是采取措施降低水溫和水泥溫度：夏季將蓄水池加蓋板，防止日曬；拌合機上水管路不直接暴露在陽光下；在供水強度滿足時直接將自來水引到攪拌機，以降低拌合水溫度；b混凝土澆筑盡量安排夜間施工：在混凝土原材料中，綜合考慮各種材料的比熱和占混凝土容重的比例，對混凝土出機溫度影響大小的排序為：石子、水、砂子、水泥，只控制水和水泥的溫度效果并不明顯。所以選擇效果最好又最經濟的辦法，即夜間澆筑，這時所有原材料溫度都偏低，根據現場實測，夜間混凝土出機溫度一般要比白天低3℃左右；c控制混凝土運輸和入模過程中的升溫：在夏季施工時，加強組織協調，縮短混凝土從出機到入模的時間。將管路用濕麻袋覆蓋，防止日曬升溫。還可以經常在混凝土罐車的轉筒上澆水降溫。③加強保溫，控制混凝土內外溫差：a混凝土測溫：為了掌握混凝土內部溫度的變化情況，及時采取保溫、散熱等措施，做到現場多次、多處測溫。測溫采用半導體全自動測溫儀，混凝土澆筑前在指定位置埋設測溫元件。測溫時間一般從澆筑后6小時開始，每隔6小時一次；b保溫措施：根據國內外的經驗，混凝土中心溫度和表面溫度之差控制在20～30℃以內，一般可以防止有害裂縫的產生，實際操作過程中，按照《水運工程混凝土施工規范》（JTJ268-96）的規定，以內外溫差不超過20℃為標準采取保溫措施。為了防止混凝土表面溫度下降速率太大，條件允許時應該盡量延長拆模時間。拆模以后也要盡快覆蓋保溫層，防止風吹。正常施工時的保溫：混凝土表面掛鋪一層塑料薄膜，然后是兩層麻袋，雨天為了防止冷擊，麻袋外再設一層薄膜。冬季施工時采用蓄熱法保溫養護：混凝土頂面鋪雙層塑料薄膜，內夾三層草簾；側模采用保溫模板，即模板外側掛三層草簾，外罩篷布或加塑編織布。模板拆除以后，混凝土側表面圍保溫被，為滿足施工防火需要，保溫被由兩層土工布內襯巖棉氈做成

3.2 減小約束的措施 新澆筑混凝土所受約束主要有兩種：一是新老混凝土之間的約束，一是下伏基巖的約束。約束應力（溫度收縮應力）的大小與老混凝土和基巖的彈性模量E有關，E值越大則約束應力越大；當結構剛度一定的情況下，結構的長度越大則約束應力越大。首先，混凝土的彈性模量隨著齡期的增長而增大，間歇期越長，對新澆筑混凝土的約束越大，通過合理組織生產，縮短間歇期，起到一定效果。其次，在機械開挖后由人工進行整平，減小因混凝土收縮產生的約束應力此外，將墊層表面盡量做平整、光滑，將對上部結構的約束降到最低程度。然后，混凝土所受約束應力是在降溫過程中由其自身收縮產生的。降溫速度越快，約束應力越大，施工中通過測溫和采取保溫措施調整降溫速率，注意防止寒潮侵襲，充分利用混凝土徐變特性產生的松弛效應，避兔裂縫的產生。

3.3 提高混凝土的抗裂能力 ①采用微膨脹混凝土：可以選用FN-M型膨脹劑是硫鋁型膨脹劑，又名明礬石膨脹劑，化學成分以氧化鋁和三氧化硫為主，其作用機理是與水化合成硫鋁酸鹽并結晶為針狀晶體，填充混凝土的孔隙，占據混凝土的收縮空間，起到補償收縮的作用。微膨脹可以將混凝土應力狀態轉變為自應力，避兔或減小拉應力，達到防裂目的。②聚丙烯纖維網的應用：可以采用聚丙烯纖維網混凝土，可以增大混凝土抗拉強度，有效防止收縮裂縫的產生。聚丙烯纖維網混凝土在九十年代已廣泛應用于公路、房建等工程中，而在水工建筑物尚屬罕見。纖維能明顯增強混凝土的耐磨性、抗沖擊性，而不降低其抗壓強度、抗凍及抗滲性能。③提高混凝土施工質量：a嚴格控制原材料的質量：在控制好砂石料進料質量的同時，提高碎石進場后的篩洗質量。水泥要在生產后10天以上才能使用，或控制其溫度必須降至或接近自然溫度，以保證體積安定性符合規范要求；b做好施工縫接茬處理：澆筑上層混凝土之前，下層混凝土預先用水濕潤，澆筑時刷水泥素漿，避兔接茬處出現干縮裂縫；c堅持二次振搗和二次抹面：為了保證混凝土均勻、密實，減少內部缺陷，提高混凝土抗裂能力，采取二次振搗的措施。④加強養護：混凝土水化反應需要潮濕的環境，潮濕養護可以提高混凝土早期強度，提高抗裂能力。另外，潮濕養護充分利用了混凝土的\"干縮濕脹\"的特性，減少了混凝土澆筑初期出現干縮裂縫的幾率。混凝土初凝后，立即覆蓋塑料薄膜，防止水分散失，薄膜上覆蓋兩層麻袋，并澆淡水保溫保濕養護。特別對于微膨脹混凝土，必須始終保持濕潤，充分發揮膨脹作用。⑤減小應力集中，配置限裂鋼筋：根據試驗研究的結果，鋼筋防止出現裂縫的作用不大，但可以限制裂縫發展，在配筋率超過0.2％時，限裂作用即比較明顯。對一些平面凹進的部位，增設加強角過渡，減少因形狀突變導致應力集中現象，還可配置構造鋼筋，提高了抗裂能力。

3.4 其它防裂技術措施 ①混凝土表面干縮裂縫的預防措施：現澆混凝土的表面，如果在澆筑完成后暴露在空氣中，常常會因為失水過快而產生干縮裂縫，為了控制混凝土表面出現干縮裂縫，采取以下措施：a做好混凝土振搗過程中的泌水處理，及時將泌水排除，提高混凝土的質量；b在混凝土抹面完成以后及時進行潮濕養護，始終保持混凝土表面為濕潤狀態。②混凝土塑性沉縮裂縫的預防措施：消除混凝土塑性沉縮裂縫的最有效的辦法就是堅持二次振搗二次振搗的時間要掌握在混凝土初凝之前，一般在混凝土澆筑后1～3小時進行，應憑經驗或根據具體情況確定。二次振搗的目的在于恢復混凝土的塑性。

參考文獻：

[1]鐘偉正，范錦春.水工混凝土底板承臺施工的溫度控制[J].廣東土木與建筑.2008（11）.

[2]李勇.淺談水工混凝土施工中溫度裂縫的技術處理[J].石河子科技.2008（9）.

[3]侯景鵬，熊杰.水工混凝土溫度控制與現場監測[J].混凝土.2007（12）.

[4]張相寶.混凝土構筑物裂縫原因分析與處理[J].混凝土.2008（2）.

[5]覃維組.混凝土的收縮、開裂及其評價與防治[J].混凝土.2007（6）.