水工建筑混凝土裂縫的成因及控制技術

薛 飛/中國葛洲壩集團第六工程有限公司

水工建筑混凝土裂縫的成因及控制技術

薛 飛/中國葛洲壩集團第六工程有限公司

水工建筑混凝土產生裂縫的原因很復雜，而且往往是各種因素的綜合,混凝土裂縫一旦發生，就需要耗費大量的精力進行檢查和處理，因此要在施工過程中要加強控制,防止混凝土裂縫發生，保證水工建筑物的安全。本文分析了水工建筑混凝土裂縫的形成機理與原因，并提出了有效的控制技術。

水工建筑；混凝土裂縫；原材料

一、水工建筑混凝土裂縫的形成機理

（一）基礎約束

水利工程中混凝土結構的大壩基礎大部分都是彈性模量較大的巖石，因此底板會受到較大的來自混凝土大壩基礎的外部約束。新澆的底板混凝土會因為水泥的水化熱反應而導致溫度上升，使得混凝土結構體積產生膨脹變形，由于受到基礎的約束從而產生壓應力，由于早期的混凝土彈性模量較小，徐變度較大，混凝土還處于塑性階段，因此所產生的壓應力很快就會被松弛掉。但是，當水泥的水化熱反應所起的作用減弱后，混凝土溫度降低，從而引起收縮，這時基礎對混凝土產生約束，使得其內部出現較大的拉應力，拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，底板的裂縫就會隨之產生。

（二）塑性收縮

通常情況下，混凝土在逐漸凝固的過程中，會散發出一定的熱量和水分蒸發，這也是導致混凝土體積迅速收縮的主要原因之一。其中最為明顯的就是大面積混凝土在收縮過程中，受到外界其他因素的干擾，形成一種自然的收縮應力，而這種應力一旦超出混凝土抗拉強度的極限時，混凝土表面就會出現裂縫。

（三）溫度裂縫

當外界溫度發生變化時，混凝土發生膨脹變形，混凝土構件收到約束時，在混凝土的構件內產生應力，當由此產生的混凝土內部的拉應力大于混凝土抗拉強度的極限值時，混凝土就會產生溫度裂縫。溫度的降低也會在混凝土表面引起拉應力，產生收縮，當收縮應力超過混凝土的自身約束時，混凝土也將會產生很大的裂縫，此種裂縫一般在混凝土表面產生，裂縫深度較淺。

二、水工建筑混凝土裂縫的成因

（一）混凝土自身問題

從混凝土自身方面來看，主要有三個方面，一方面是由于混凝土原材料的質量不合格，在配置混凝土的過程中，混凝土的原材料的質量十分重要，不合格的混凝土原材料的使用就會導致混凝土施工之后出現裂縫。尤其是在混凝土的原材料當中堿性離子的含量比較大的情況下，堿性離子與混凝土的內部材料發生化學反應，致使混凝土酥松，產生裂縫。另一方面，是從混凝土原材料的配合比例方面來看，混凝土的結構強度過高、水灰配比不平衡、各種外添加劑的使用不當等，都會影響混凝土的結構，使得混凝土產生裂縫。還有就是從混凝土的特點出發，由于混凝土受到溫度的影響會產生收縮，因而混凝土的收縮是導致混凝土產生裂縫的重要原因之一。

（二）施工問題

在現場振搗混凝土時，振搗棒插入不當或者振搗方法不當，漏振、偏振以及頻率過快，都會造成混凝土密實性和均勻性差，而致使裂縫的產生。由于混凝土澆筑或振搗不良以及混凝土保護層較薄，使得有害物質與鋼筋接觸，致使鋼筋產生銹蝕引起體積膨脹，使得混凝土產生裂縫。人為原因導致混凝土產生裂縫,比如管理不嚴格，為了趕進度，偷工減料，工人施工素質差，施工工序不正確而引起的結構裂縫。

（三）混凝土養護問題

從混凝土的養護方面來看，混凝土施工后期的養護是混凝土建設施工過程中的一項不可或缺的重要環節，科學的對混凝土進行良好的養護，能夠有效降低混凝土產生裂縫的概率。而沒有及時的對混凝土進行養護，就會增加混凝土裂縫產生的幾率。

三、水工建筑混凝土裂縫的控制技術

（一）原材料的控制

原材料的質量及其波動，對水工建筑混凝土質量及施工工藝有很大影響。如水泥強度的波動，將直接影響混凝土的強度；各級石子超遜徑顆粒含量的變化，導致混凝土級配的改變，并將影響新拌混凝土的和易性，骨料含水量的變化，對混凝土的水灰比影響極大。為了保證混凝土的質量，在生產過程中，一定要對混凝土的原材料進行質量檢驗，全部符合技術性能指標方可應用。骨料中含有害物質，超過規范規定的范圍內，則會妨礙水泥水化，降低混凝土的強度，削弱骨料與水泥石的粘結，能與水泥的水化產物進行化學反應，并產生有害的膨脹的物質。如果粘土、淤泥在砂中超過3％，碎石、卵石中超過2％，則這些極細粒材料在集料表面形成包裹層，妨礙集料與水泥石的粘結。它們或者以松散的顆粒出現，大大地增加了需水量。如使用有機雜質的沼澤水，海水等拌制混凝土，則會在混凝土表面形成鹽霜。對混凝土集料來說，影響配合比組成變異而導致混凝土強度過大波動的主要原因是含水率，含泥量的變化和石子含粉量的影響。在混凝土生產過程中，對原材料的質量控制，除經常性的檢測外，還要求質量控制人員隨時掌握其含量的變化規律，并擬定相應的對策措施。如砂石的含泥量超出標準要求時，及時反饋給生產部門，及時篩選并采取能保證混凝土的其它有效措施。砂子含水率，通過干炒法，及時根據測定的含水率來調整混凝土配合比中的實際用水量和集料用量。對于相同標號之間水泥活性的變異，是通過膠砂強度試驗的快速測定，根據水泥活性結果予以調整混凝土的配合比。水泥、砂、石子各性能指標必需達到規范要求。

（二）施工溫度的控制

1.混凝土出機溫度的控制

重點控制石子溫度,氣溫高時,在砂、石堆場搭遮陽裝置,必要時向骨料噴水霧或使用前用冷水沖洗骨料,冬季,要求砂、石骨料中不得含有冰塊,夏季運輸過程中要防曬。

2.混凝土澆筑溫度控制

混凝土從攪拌機出料后,經攪拌車運輸、卸料、泵送、澆筑、振搗、平倉等工序后的澆筑溫度,過高會引起較大的干縮,給混凝土澆筑帶來不利。一般最高澆筑溫度控制在40℃以下為宜,這就要選擇合理的澆灌時間,完善澆筑工藝和加強養護工作。

（三）改進混凝土攪拌工藝

提高混凝土硬化后界面過渡層的結構致密,加強粘結。傳統的攪拌工藝水分直接潤濕石子表面,在混凝土成型和靜停過程中,形成石子表面的水膜層。在混凝土硬化后,由于水膜的存在而使界面過渡層疏松多孔,削弱了石子與硬化水泥漿之間的粘結,形成混凝土中最薄弱的環節。攪拌新工藝是二次投料,使砂漿或凈漿裹實,可以有效地防止水膜存在于石子與砂漿之間。

（四）二次振搗與二次壓光

對于澆筑后坍落度已經消失開始初凝的混凝土進行二次振搗,混凝土會重新液化,能較好地消除粗骨料、鋼筋下面的水膜,消除沉縮收縮量。泵送混凝土特別需要二次振搗。二次壓光消除混凝土塑性收縮裂縫。此種裂縫是混凝土表面水分散失引起的,發生在混凝土初凝至終凝期間,消除此種裂縫應使用機械抹光機進行大面積、高強度的提漿抹光,然后使用機械收光機進行大面積、高強度的收光,將極大地提高混凝土的平整度和表面強度,在混凝土終凝前再進行二次人工抹壓收光。

（五）養護

養護的目的是使混凝土正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。關鍵是設法使混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程的溫差。以便減小溫度應力,盡量防止裂縫的產生。常規的養護方法是噴水,對一般混凝土結構,減少表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積混凝土由于塊體內外溫度不一致,強度增長不同,常常是在強度增長慢的表面開裂,其養護就不能只滿足于常規方法。具體說,盡量晚拆模,拆模后要立即覆蓋或及時回填,避開外界氣候的影響,養護期應以混凝土強度增長最快的階段為準,即7～28d,時間增加幾天效果更好。

[1]謝安.水工建筑混凝土裂縫的成因與應對措施分析[J].江西建材,2014年5期.

[2]邵亮.簡析水工建筑混凝土裂縫的成因及加固措施[J].城市建設理論研究（電子版）,2013年8期.