水工混凝土裂縫成因分析及防治

黃 輝 張斯鈴

1. 資中縣水利工程質量與安全監督站，四川內江 641200； 2. 資中縣水務局，四川內江 641200

混凝土是由水泥等為膠凝材料，砂、石為骨料，加水混合拌制澆筑而成，是由固、液、氣組成的復合體系。混凝土抗壓強度高，但抗拉強度較低。混凝土凝結過程，由于溫度影響、干縮變形、水化結晶等原因，發生收縮?；炷磷杂墒湛s引起構件體積減少而不會產生裂縫。當構件受到內部或外部約束時，混凝土收縮受到限制而產生拉應力。拉應力積累突破抗拉強度時，即產生裂縫。

1 混凝土結構產生裂縫的原因

影響裂縫發生的因素主要包括材料、施工、使用與環境、結構與荷載等，且往往不是單一因素造成的。根據混凝土工程實踐調查研究混凝土裂縫成因主要包括以下幾類：

1.1 塑性收縮引起裂縫

混凝土硬化前，失水收縮，骨料因自重下沉，其間混凝土還具備一定的塑性，即塑性收縮。塑性收縮過程中若受到鋼筋、預埋件等限制，在相應部位形成裂縫。

1.2 干縮引起裂縫

混凝土凝結過程，水分蒸發導致干燥收縮，體積較原材料的體積減少，產生干縮，在結構表面更為突出?；炷羶炔扛稍锸湛s與表面的干燥收縮速率不一致，內部收縮小，表面收縮大，在混凝土表面產生拉應力。

1.3 溫度收縮引起裂縫

混凝土具有熱脹冷縮特性。混凝土澆筑后，水泥水化熱釋放，中心溫度升高快，形成內外溫差；由于季節性施工措施或養護措施不當，受太陽曝曬、降雨、大風、晝夜影響，混凝土內外溫度變化不同步，產生溫度應力。

1.4 荷載引起裂縫

結構承載計算不準確，斷面及鋼筋用量不足，受力鋼筋直徑過粗，強度等級不當，脹縫、縮縫設置不合理或未設置；盲目追求工期，提前拆除支架，隨意堆放機具、材料，結構提前承受荷載；搬運、吊裝發生撞擊等。

1.5 地基沉降引起裂縫

混凝土結構各部位所處地基地質差異大；基礎各部分采取不同的結構形式 （樁基或條基等） ；基礎各部分荷載差異太大；基礎分期建造等，均可能造成地基不均勻沉降。 基礎不均勻沉降或位移，產生結構附加應力，應力累積超過結構的抗拉強度，會引起裂縫。

1.6 鋼筋銹蝕引起裂縫

由于保護層厚度不足等質量缺陷，水分和氧氣進入混凝土內部，鋼筋混凝土結構的鋼筋骨架發生銹蝕；混凝土受二氧化碳侵蝕炭化，碳化深入保護層，混凝土堿度降低，誘發鋼筋銹蝕；銹蝕反應使鋼筋體積較銹蝕前增大，產生膨脹應力，引起混凝土裂縫、表層剝離。

1.7 堿骨料反應導致裂縫

混凝土中的堿性物質與骨料中活性氧化硅、碳酸鈣鎂等活性成分發生化學反應，引起混凝土內部自膨脹應力而開裂。

1.8 施工不當引起裂縫

①混凝土拌和物流動性差，混凝土后期沉實大，引起塑性收縮，產生裂縫。②用水過多，增加混凝土早期收縮量。③養護不及時，混凝土急劇干燥。④由于漏振或超振，混凝土不密實、不均勻，誘發鋼筋銹蝕。⑤施工隨意，材料計量不準，強度、和易性等指標不滿足要求，結構質量差。⑥混凝土預制構件堆放、運輸、安裝不當，未按受力鋼筋布置方向正確安裝。⑦模板、支架剛度不足或受到撞擊，使用過程中發生變形或不均勻下沉，導致混凝土裂縫。

2 混凝土裂縫防治

如前所述，影響混凝土開裂的因素很復雜，涉及設計、原材料供應、施工甚至監理和業主等各方面，防治裂縫需各方共同努力。已有裂縫擴展比新生成裂縫容易，所以裂縫控制又應從早期抓起，在結構設計、材料制備、現場施工、環境控制等方面著手搞好綜合預防，控制早期裂縫、減少后期開裂、保證混凝土結構耐久性。

2.1 合理設計

進行結構荷載計算，對裂縫進行驗算。①采用足夠的保護層厚度，防止鋼筋銹蝕。②增配構造鋼筋，大體積混凝土結構及惡劣環境中的純混凝土結構，適當布置鋼筋網；軸心受拉構件可加大構件截面尺寸及提高混凝土的強度等級；也可采用預應力混凝土或在混凝土中摻入鋼纖維等提高構件的抗裂能力。③形體設計避免斷面突變或做成漸變過渡，預留空洞等處應設置加強筋。④合理設置脹縫和縮縫，以適應結構變形的需要。

2.2 材料控制

①合理選擇水泥品種。選用開裂敏感性低的水泥，嚴禁使用安定性等不達標的水泥。②骨料選擇時應注意砂石粒徑、級配、云母的含量、含泥量、有機質、吸水率等指標應滿足要求。③盡量減小水泥用量和膠凝材料總量 （用水量） ，減少干縮量。④合理使用外摻劑和外摻料。經試驗確定外摻料用量，選擇保水性的外摻劑。⑤對骨料進行堿活性檢測，預防和控制堿骨料反應的影響。

2.3 科學施工

①通過試驗確定混凝土配合比，保證拌和物質量。避免過長時間的攪拌，勤測坍落度，及時澆筑。不得在倉內向混凝土拌和物加水。②高溫天氣，要通過合理安排施工時間，采取遮陽覆蓋等措施降低澆筑溫度，防止表面過早硬化。③合理確定施工縫的間距。④科學安排澆筑順序，預防不均勻沉降引起開裂。⑤不漏振、不超振，保證混凝土的密實性和均勻性。

2.4 認真做好養護和保護工作

應根據結構體型、施工資源配置等要求，結合季節、天氣等條件，落實好混凝土養護與保護。①對于薄壁結構，澆筑后立即覆蓋，避免塑性開裂。②整個養護期內應保持混凝土表面濕潤。③大體積混凝土宜采取骨料預冷、控制入模溫度等溫控措施。④根據混凝土的部位、尺寸和強度增長等合理確定拆模時間，防止產生荷載裂縫。⑤大面積混凝土應及時切割縮縫。

3 結語

裂縫是侵蝕性介質進入混凝土結構的通道，尤其是關鍵部位的裂縫、深層裂縫、貫穿性裂縫影響水利工程功能和效益的正常發揮，甚至對工程結構安全和人民群眾生命財產安全構成威脅。防治裂縫意義重大，只要在設計、材料、施工、養護各環節做好預防，方可克服和控制裂縫，保證混凝土成型質量。

參與文獻

[1] 鄭旭榮.水工鋼筋混凝土結構[M].北京：中國農業出版社，2006：218-246.

[2] 水利部.水利水電工程施工質量通病防治導則[M].北京：中國水利水電出版社，2013.