水利工程大體積砼澆筑裂縫成因及防裂措施探析

摘 要：砼裂縫是影響水利工程大體積砼澆筑施工質(zhì)量最常見(jiàn)問(wèn)題之一。水利工程質(zhì)量控制的一個(gè)重要因素就是防止大體積砼澆筑開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生。由于水利工程的特殊性，防止大體積砼開(kāi)裂的難度和意義十分重大。文章圍繞水利工程大體積砼澆筑施工中的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論，分析了大體積砼開(kāi)裂的影響因素，探討了大體積砼的質(zhì)量控制措施，并就砼開(kāi)裂問(wèn)題提出了具有針對(duì)性的防范措施，僅供水利工程同行參考。

關(guān)鍵詞：水利工程；砼裂縫成因；控制措施

引言

通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)研究顯示，砼工程具有很強(qiáng)的裂縫形成因素。砼體積越大，形成裂縫的幾率也越大。盡管如此，只要采取有效措施，就能將裂縫形成因素控制在可以接受的范圍內(nèi)，從而對(duì)建筑質(zhì)量和使用安全提供保障。這也是砼工程得以順利實(shí)施的重要原則。我國(guó)砼施工規(guī)范對(duì)砼裂縫有著明確規(guī)定，某些結(jié)構(gòu)在特殊條件下可以存在一定程度的裂縫。從實(shí)際施工角度講，砼澆筑施工應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，采取一切有利措施防止裂縫發(fā)生，盡可能地保障砼的質(zhì)量，從而保障工程質(zhì)量安全。

1 水利工程混凝土澆筑砼裂縫類型及形成原因

1.1 施工早期形成的砼裂縫類型及形成原因

1.1.1 收縮裂縫

收縮裂縫是混凝土裂縫中最常見(jiàn)的種類之一，分為塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫和干燥收縮裂縫三種。砼體收縮是形成收縮裂縫的根本原因。引發(fā)砼體收縮的原因有兩種：一是游離水蒸發(fā)收縮。砼澆筑施工時(shí)，出于砼澆搗技術(shù)上所致，砼實(shí)際加入水量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水泥發(fā)生水化作用所需的水量，游離水一般為水化作用需水量的4至5倍。當(dāng)砼澆筑完成，多余游離水分蒸發(fā)后會(huì)在砼體內(nèi)部形成許多毛細(xì)孔，引發(fā)砼體收縮。這種情況稱之為游離水蒸發(fā)收縮。另一種收縮為水泥水化作用引發(fā)收縮。這種收縮稱之為砼自收縮（或稱砼干縮）。從收縮程度上看，砼自收縮是游離水蒸發(fā)收縮的10%到20%。從上述討論我們也能夠得出砼收縮產(chǎn)生裂縫的不可避免性。大量實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，砼收縮結(jié)束后收縮率一般為0.2%至0.45%。砼收縮值大小和水泥品種，用量、拌和水量，骨料規(guī)格，振搗密實(shí)性和養(yǎng)護(hù)好壞有關(guān)。在濕潤(rùn)環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的砼收縮率要比養(yǎng)護(hù)條件干燥的砼收縮率低6%至8%。

1.1.2 溫度裂縫

（1）內(nèi)約束裂縫。內(nèi)約束裂縫是由于砼體內(nèi)外存在較大溫差，產(chǎn)生應(yīng)力超過(guò)砼承受極限引起的。比如砼養(yǎng)護(hù)期間氣溫急劇下降，導(dǎo)致砼表面溫度迅速下降7到10℃時(shí)就會(huì)在砼表面形成裂。這種裂縫深度往往只有3毫米左右，砼體內(nèi)部依然保持完整。（2）外約束裂縫。砼澆筑后會(huì)因水化作用放出大量熱。由于砼導(dǎo)熱系數(shù)低，致使砼內(nèi)部溫度要比表層溫度高。砼體積越大，這種差異越明顯。當(dāng)砼澆筑72小時(shí)后，砼體內(nèi)部溫度可達(dá)到80℃左右。巨大的溫差使得砼表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于砼抗拉強(qiáng)度時(shí)，形成溫度裂縫。外約束裂縫一般在施工結(jié)束后2～3個(gè)月時(shí)比較常見(jiàn)，發(fā)生在砼結(jié)構(gòu)中部的情況較多。裂縫深度很深，甚至形成貫穿，嚴(yán)重破壞砼結(jié)構(gòu)的整體性。

1.1.3 沉陷裂縫

當(dāng)砼結(jié)構(gòu)坐落位置沒(méi)有處理過(guò)的回填土或松軟地基上時(shí)，砼澆筑完成后，地基受水浸泡在建筑作用力下發(fā)生不均勻沉降就會(huì)導(dǎo)致砼裂縫的產(chǎn)生。特別是平臥生產(chǎn)的鋼筋砼構(gòu)件（如薄腹梁），由于側(cè)向剛度差，配筋少。最易引起弦、腹桿或梁的側(cè)面產(chǎn)生裂縫。此外，模板剛度不能滿足要求，模板支撐間距過(guò)大、支撐底部沒(méi)有緊固到位或拆模時(shí)間過(guò)早，也是產(chǎn)生沉降裂縫的原因之一。沉陷裂縫深度較深，也有貫穿結(jié)構(gòu)，發(fā)生裂縫地方與沉陷方向一致。裂縫寬度與沉降值成正比。當(dāng)沉陷裂縫較大時(shí)，會(huì)形成一定的錯(cuò)位。

1.1.4 其它施工裂縫

除以上情況外，施工早期還存在如下若干種裂縫：由于滑模施工、構(gòu)件制作脫模及運(yùn)輸、堆放、吊裝不當(dāng)產(chǎn)生各種裂縫；后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)件和預(yù)制空心板抽芯時(shí)間選擇不當(dāng)，導(dǎo)致砼塌落或拉裂形成的裂縫；構(gòu)件吊裝時(shí)吊點(diǎn)定位不準(zhǔn)形成的裂縫；構(gòu)件堆放時(shí)支撐墊木擺放位置不當(dāng)，或懸挑過(guò)長(zhǎng)，構(gòu)件運(yùn)輸時(shí)受到劇烈震動(dòng)和沖擊形成的裂縫；側(cè)向剛度差的構(gòu)件（如薄腹梁）在吊裝時(shí)因未采取側(cè)向臨時(shí)加固措施，造成彎距過(guò)大，應(yīng)力集中等情況而使構(gòu)件吊裂形成的裂縫；滑模施工中，安裝模板沒(méi)有錐度，導(dǎo)致砼表面拉裂形成的裂縫；模板提升時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。砼與模板粘接，水平開(kāi)裂形成的裂縫；砼表面施工中，抹壓施工不當(dāng)，使表面出現(xiàn)龜裂產(chǎn)生裂縫。

1.2 施工后期形成的砼裂縫類型及形成原因

（1）構(gòu)件承受載荷超出構(gòu)件承受能力極限形成的裂縫。當(dāng)構(gòu)件承受的均布載荷或集中載荷超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)，會(huì)形成內(nèi)力彎矩，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生構(gòu)件縱軸相垂直裂縫。或者受到剪力過(guò)大時(shí)產(chǎn)生斜裂縫，并向沿縱向發(fā)展。（2）建筑基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉陷引發(fā)裂縫。這種裂縫會(huì)隨著沉陷程度加深而逐漸發(fā)展擴(kuò)大。（3）鋼筋混凝土所處環(huán)境條件極其惡劣。比如長(zhǎng)期遭受水體侵蝕情況下，由于砼保護(hù)層厚度有限，特別是砼孔隙較多的情況下，水中氯離子與氧會(huì)和鋼筋發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生產(chǎn)氧化鐵，使得金屬部分體積增大外脹，對(duì)周圍砼形成擠壓，最終導(dǎo)致砼脹裂現(xiàn)象的發(fā)生。

2 砼裂縫防范措施的若干建議

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的基礎(chǔ)。要從源頭加強(qiáng)裂縫防范，必須要從設(shè)計(jì)著手。在設(shè)計(jì)階段就要充分考慮裂縫產(chǎn)生的影響因素，盡可能通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)降低裂縫形成幾率。比如要針對(duì)砼硬化過(guò)程中溫度、濕度變化產(chǎn)生裂縫進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)要盡量降低混凝土收縮時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力。常用辦法為在適當(dāng)位置設(shè)置脹縮縫和施工縫。對(duì)于砼收縮導(dǎo)致構(gòu)件間形成的相互載荷要做好處理，要選擇適宜的構(gòu)件結(jié)構(gòu)和截面幾何形狀，防止因收縮引起的應(yīng)力集中。鋼筋可有效抑制砼的變形。抑制能力取決于鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力。粘結(jié)力越大，抑制越強(qiáng)。為充分發(fā)揮鋼筋的抑制能力，應(yīng)選用直徑小、間距較密的鋼筋形式，不宜采用光圓鋼筋。

2.2 減小水灰比

水灰比對(duì)砼裂縫的影響很大。水灰比越大，砼硬化收縮越大，越容易產(chǎn)生裂縫。因此，為減少裂縫產(chǎn)生的可能性，應(yīng)在滿足施工要求基礎(chǔ)上，適當(dāng)下調(diào)水灰比。

2.3 控制水泥用量

在水灰比一定的情況下，水泥含量越高，砼干縮率越大。這是因?yàn)轫鸥煽s主要來(lái)源于水泥漿的干縮。同時(shí)減少用水量和水泥用量，對(duì)于改善干縮，提高砼的抗裂性會(huì)更為有效。

2.4 科學(xué)養(yǎng)護(hù)

砼養(yǎng)護(hù)要嚴(yán)格遵循養(yǎng)護(hù)作業(yè)規(guī)范，維持養(yǎng)護(hù)所需的溫度、濕度等條件，做好保溫、保濕措施。砼強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，養(yǎng)護(hù)期滿后方可停止養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

砼體裂縫是砼澆筑施工中最常見(jiàn)的一種質(zhì)量病害。水利工程更是裂縫發(fā)生幾率較高的地方。砼一旦發(fā)生開(kāi)裂，不但抗?jié)B能力會(huì)下降，損害建筑物使用功能，還會(huì)導(dǎo)致砼內(nèi)鋼筋發(fā)生銹蝕、碳化，導(dǎo)致建筑物承載能力下降，從而縮短使用壽命。為保障使用期限內(nèi)建筑使用質(zhì)量安全，就必須做好裂縫防范措施。基于砼裂縫產(chǎn)生的不可避免性，在處理裂縫問(wèn)題時(shí)要根據(jù)具體情況具體分析。科學(xué)、合理設(shè)計(jì)、實(shí)施防控措施，既保證工程施工質(zhì)量安全，又可控制施工成本和施工周期，從而實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益和施工質(zhì)量的和諧統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

[1]曹濱.大體積混凝土溫度裂縫控制及常見(jiàn)病害處理[J].中國(guó)科技博覽，2012.

[2]陳丕凌.水利工程大體積混凝土施工溫度裂縫控制[J].建筑與文化，2013.