水工混凝土裂縫的危害成因及防治

□張校彬（許昌水利建筑工程有限公司）

1 水工混凝土結構裂縫產生的原因

1.1 因收縮引起的裂縫

混凝土收縮分為自身收縮和塑性收縮,產生的原因分析一是混凝土澆筑后，表面沒有及時覆蓋，受風吹日曬，表面游離水分蒸發太快，產生急劇收縮，而此時混凝土早期強度低，不能抵抗這種變形應力而導致開裂；二是使用收縮率較大的水泥，水泥用量過多，或使用過量的粉砂，或混凝土水灰比過大；三是混凝土水灰比過大，模板、墊層過于干燥，吸水大；四是澆筑在斜坡上的混凝土，由于重力作用有向下流動的傾向，導致裂縫出現。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土澆筑完成后，水泥因水化引起水化熱，水化熱過程中會不斷釋放熱量，使得混凝土內部溫度不斷增高，而混凝土表面則散熱較快，形成了較大的溫度差，使混凝土內部產生內應力，由于此時混凝土齡期較短，抗拉強度很低，在內應力大于抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫。溫度裂縫主要與澆筑混凝土的體積和水泥品種有關。對于特殊地區，晝夜溫差大也會造成混凝土裂縫。

1.3 設計不當產生裂縫

有時由于設計不當也會產生裂縫，如對于大面積混凝土設置過少的伸縮縫或沉降縫；建筑物邊界為剛性約束體，沒有放置伸縮性材料，致使混凝土不能發生應有的形變；建筑物表面設計凹凸角過多，產生的凹角應力集中等。

1.4 建筑物基礎不堅實引起的不均勻沉降

混凝土澆筑振搗后，粗骨料沉落，擠出水分、空氣，表面呈現泌水，而形成豎向體積縮小沉落，這種沉落受到鋼筋、預埋件、模板、大的粗骨料以及先期凝固混凝土的局部阻礙或約束，或混凝土本身各部相互沉降量相差過大而造成裂縫。

1.5 凝縮裂縫

混凝土表面過度的抹平壓光，使水泥和細骨料過多的浮到表面，形成含水量很大的砂漿層，它比下層混凝土有較大的干縮性能，水分蒸發后，產生凝縮而出現裂縫。有時在混凝土表面撒干水泥壓光，也會產生這種裂縫。

1.6 凍脹裂縫

冬期施工混凝土結構、構件未保溫，混凝土早期遭受凍結，將表層混凝土凍漲，解凍后，鋼筋部位變形仍不能恢復，而出現裂縫、剝落。

2 混凝土裂縫產生的危害

2.1 裂縫影響結構的整體

當結構出現貫穿性裂縫以后,要恢復結構的整體性是很困難的。裂縫開展得很寬將預示著結構臨近破壞,并且可能伴隨著混凝土剝落。剪切裂縫多產生于靠近支座或大的集中荷載附近,早期的溫度裂縫直接影響到鋼筋混凝土構件的完整性。當裂縫影響了剪應力的傳遞時,它會影響到結構的安全。大多數裂縫并不會危及結構的安全,但它們可能發展,并引起嚴重的后果。

2.2 裂縫影響結構使用功能

對堆石壩混凝土面板而言,由外部環境產生的早期溫度裂縫往往貫穿整個截面厚度,這樣會引起滲漏。對擋水建筑物來說,裂縫滲漏水會嚴重影響建筑物的使用功能,即使水量的損失本身并不嚴重,但裂縫的存在往往會限制蓄水位。

2.3 裂縫會影響結構的耐久

所有現行的標準和規范都把限制裂縫的寬度作為一項耐久性指標。橫向裂縫通常是指垂直于受拉鋼筋方向的裂縫，一般由外荷載引起。為了結構耐久性的要求和結構的美觀，各國設計規范中對裂縫寬度均作了限制。在較寬的裂縫處，如果有水和氧氣侵入，鋼筋首先發生個別點的坑蝕，繼而逐漸形成“環蝕”；同時向縫兩側擴展，形成銹蝕面。這種鋼筋局部斷面削弱發展比普通性銹蝕要快，特別是預應力混凝土結構，局部銹蝕具有很高的危害性。因為單根鋼絲斷面小，高應力及高強鋼材的變形性能較差，很可能發生突然斷裂。

2.4 裂縫影響建筑物的美觀

裂縫過多或過寬,常給人以不安全感和危險感,造成不良的視覺沖擊力,影響了人們的感觀舒適度,影響建筑物的美觀形象,破壞了建筑物、構筑物的美感效果。在不僅追求混凝土內在質量好,而且外觀質量也倍受關注的今天,混凝土結構裂縫成了影響建筑物美觀的疑難雜癥。

3 防治混凝土裂縫產生的具體措施

3.1 合理設計混凝土的配比

在不影響混凝土設計強度和其他性能的情況下，應選用摻入大量粉煤灰的混凝土配合比。摻用粉煤灰可以大大減少水泥的用量，降低工程成本，降低水化熱量，減少收縮裂縫。此外選用新材料、新技術，如摻加高效減水劑和高性能引氣劑，降低水灰比，減少水的用量，這對于改善混凝土的和易性，降低溫升，減少收縮具有良好的作用。

3.2 選擇合適的原材料

水泥應盡量選用水化熱較低的低熱或中熱水泥，如礦渣水泥、粉煤灰水泥等，以減少混凝土內部熱量的積聚，提高混凝土的抗裂能力。骨料應該選擇線膨脹系數小、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。一般砂料應首選中砂，嚴禁使用細砂；碎石含泥量和針片狀控制在規范要求內。

3.3 邊角和底板面的處理

增加鋼筋使用量或者摻入纖維材料，尤其是對邊角應力大的部位可適當增加混凝土的含筋率。對于建筑物的底板面層或其它不重要部位，可采用較小直徑的鋼筋，以增加鋼筋的使用數量，減少鋼筋的間距，增大混凝土的抗拉強度。

3.4 采取必要的施工措施

混凝土的澆筑時間盡可能避開高溫、降溫、多風、曝曬的天氣，對于晝夜溫差大的地區應采取相應的防護措施，如澆筑時間選擇在下午，澆筑完成后采用草袋覆蓋保溫等。施工工藝上可采用二次振搗法和多次壓面抹光法消除混凝土沉縮裂縫。

3.5 其他注意問題

混凝土澆筑前應確保基礎的穩定性，避免因不均勻沉降產生應力裂縫，在工程設計階段對于大面積混凝土應適當分塊，分縫之間要添加塑性材料，如閉孔塑料板等；混凝土澆筑完成后應及時養護，養護時要保持混凝土表面濕潤，避免時濕時干現象。對于建筑物底板和梁片等有條件時，可采用蓄水法養護，混凝土養護時間≥28d。

4 裂縫的處理方法

4.1 表面修復法

主要適用于漿材難以灌入的細、淺裂縫或不漏水的縫、不伸縮的裂縫，對于大面積蜂窩麻面或不易確定具體漏水位置的混凝土也可選用此法。

4.2 充填法

對于裂縫寬度較大的裂縫，可沿裂縫鑿成“v”形槽，槽頂寬10cm，底寬3cm，用高壓水槍沖洗干凈，去除表面軟弱層和附著物。在槽面濕潤的情況下，先在上面涂抹一層2～3mm后的丙乳砂漿打底，然后分層抹壓丙乳砂漿，每層厚度控制在2～3cm左右，直至填充完整個槽面。

5 結語

混凝土是構成水工建筑物的主要材料，應從設計、施工等多方面考慮，采取相應的預防措施，控制裂縫的產生，如果由于各種因素產生了裂縫，就要盡快采取處理措施，保證水工建筑物的質量，確保水工建筑物的安全和正常運行。