水利工程中混凝土溫度裂縫的成因和防治

廣東潮州市水利工程質量檢測站 方虎玉

水利工程中混凝土溫度裂縫的成因和防治

廣東潮州市水利工程質量檢測站 方虎玉

水利工程中混凝土溫度裂縫時有發生，因為水利工程中的大體積混凝土建筑物較其他土建工程都多，在其施工過程中不僅要注意做好結構分縫，同時也要特別預防溫度裂縫的產生。在大體積混凝土中，溫度應力及溫度控制具有重要意義，在施工中混凝土常常出現溫度裂縫，影響到結構的整體性和耐久性。

一、溫度應力分析

1. 溫度應力的形成過程。溫度應力的形成過程可分為以下三個階段。

（1）早期。自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征：一是水泥放出大量的水化熱；二是混凝土彈性模量的急劇變化。

（2）中期。自水泥放熱作用基本結束起，至混凝土冷卻到穩定溫度止，這個時期，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期。混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。

2. 溫度應力分類。根據溫度應力引起的原因可分為兩類。

（1）自生應力。邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現溫度應力。

（2）約束應力。結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。

這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。

二、溫度裂縫產生的原因和特征

水利工程溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面，或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，就形成內外的較大溫差。較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。

溫度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫通常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，裂縫多平行于短邊。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。

三、溫度裂縫影響因素和防治措施

混凝土內部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關。混凝土越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內部溫度越高，形成溫度應力越大，產生裂縫的可能性越大。

對于大體積混凝土，其形成的溫度應力與其結構尺寸相關，在一定尺寸范圍內，混凝土結構尺寸越大，溫度應力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產生溫度裂縫的主要原因，防治措施如下。

1. 混凝土原材料和配合比的選用。

（1）水泥品種選擇和水泥用量控制。大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現早期升溫和后期降溫，產生內部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。另外，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。

（2）摻加摻合料。國內外大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數量優質的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應，可起到潤滑作用，改善混凝土拌和物的流動性、黏聚性和保水性，從而改善了可泵性。

2. 施工工藝改進。

（1）攪拌工藝。采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結構致密、黏結力增大，從而提高混凝土強度10%或節約水泥5%，并進一步減少水化熱和裂縫。

（2）振動工藝。對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振動，可排除混凝土因滲水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高黏結力和抗拉強度，并減少內部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

（3）養護工藝。為了嚴格控制大體積混凝土的內外溫差，確保混凝土質量，減少裂縫，養護是一個十分重要和關鍵的工序，必須切實做好。混凝土養護主要是保持適當的溫度和濕度條件。保溫能減少混凝土表面的熱擴散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫。

三、有關裂縫的處理措施

裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。因此根據裂縫的性質和具體情況，我們要區別對待、及時處理，以保證建筑物的安全使用。

混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法：表面修補法，嵌縫法，結構加固法。

1. 表面修補法。表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩定和結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料。在防護的同時，為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

2. 嵌縫法。嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。

3. 結構加固法。當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采用加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

四、結論

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕、混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力。因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和惡化，保證建筑物和構件安全、穩定。