浅议水工混凝土裂缝产生的原因及预防措施

李相明 李云晶 马艳梅

混凝土是一种以水泥为胶凝材料，与水、砂石骨料及其他外加材料按适当的比例配合，经搅拌形成混凝土拌合物，再经硬化得到的人造石材。由于混凝土施工、本身变形和应力约束等一系列问题，使得混凝土容易产生裂缝。裂缝主要是由干缩、水泥水化热、温度、地基变形、荷载、地基冻胀等原因引起，近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，只要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内，水工建筑物安全不会受到影响。

一、裂缝产生的主要原因

水工混凝土产生裂缝的因素较多，最先产生微裂缝，微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土结构的承重、防渗及其他功能不产生危害。但是受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断扩展和连通，最终形成肉眼可见的宏观裂缝，致使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值等。混凝土裂缝原因分析如下：

1.干缩裂缝

混凝土的干缩裂缝主要是由于毛细管压力造成的。毛细管孔隙在干燥过程中逐步失水，产生很大的毛细管张力，混凝土体积产生收缩，由于混凝土周围存在约束，内部又有拉应力，当拉应力超过混凝土材料抗拉强度时，便产生了干缩裂缝。

2.水化热裂缝

混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发，导致混凝土内外温差较大，使混凝土的形变超过极限引起裂缝。或者在炎热的大风天气，混凝土表面蒸发较快，造成混凝土内部水化热过高，在混凝土浇筑数小时仍处于塑性状态，易产生塑性收缩裂缝。

3.塌落裂缝

在厚度较大的构件中，由于混凝土的塑性塌落引起的裂缝。

4.温度应力裂缝

当有约束时，混凝土热涨冷缩所产生的体积涨缩，因为受约束力的限制，在内部产生了温度应力，由于混凝土抗拉强度低，容易被温度引起的拉应力拉裂，从而产生温度裂缝。由于太阳暴晒产生裂缝也是工程中最常见的现象。

5.膨胀裂缝

混凝土加水拌和后，水泥中的碱性物质与活性骨料中活性氧化硅等起反应，析出的硅胶从周围介质中吸水膨涨，体积增大三倍，从而使混凝土膨胀产生裂缝。

6.构件超载产生的裂缝

构件在超出设计的均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩，出现垂直于构件纵轴的裂缝，构件在较大剪力作用下，产生斜裂缝，并向上、下延伸。

7.不均匀沉降裂缝

当结构的基础出现不均匀沉陷，就有可能会产生裂缝，随着沉陷的进一步发展，裂缝会进一步扩大。

8.化学裂缝

当钢筋混凝土处于不利环境中，由于混凝土保护层厚度有限，特别是当混凝土密实性不良，环境中的氯离子等和溶于水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈，生成氧化铁，氧化铁的体积比原来金属的体积大的多，铁锈体积膨胀，对周围混凝土挤压，使混凝土胀裂。

二、水工混凝土裂缝的预防措施

1.干缩裂缝的预防措施

降低混凝土单位用水量，用水量的增加势必使剩余水增加，从确保混凝土耐久性出发，应降低混凝土单位用水量；水泥不同，混凝土收缩也不同，按收缩值大小排序：矿渣水泥>普通水泥>粉煤灰水泥，施工时可根据需要选择合适的水泥；降低混凝土周围约束，若混凝土周围约束过大，内部拉应力无法释放，拉应力增大使混凝土干裂，对此可减少混凝土的分仓长度，使混凝土内部拉应力能够充分释放；适量添加膨胀剂后可以使混凝土体积膨胀，在混凝土内部产生压应力，部分抵消了混凝土因毛细孔隙干燥而产生的拉应力，从而起到控制干缩裂缝的作用。

2.水化热产生的裂缝预防措施

骨料降温。骨料的温度控制主要通过搭盖凉棚和洒水降温来进行。搭盖凉棚可避免太阳光直射，减少骨料吸热，浇筑前2～3h再用深井水对粗骨料进行充分的洒水降温。采取以上方法降温后，浇筑前粗骨料内部温度约为24℃，细骨料内部温度约为26℃，降温效果比较明显。

加冰降温。在混凝土浇筑前购入冰块，砸成粒径约3cm的小块加入混凝土生料中，充分拌合后量取出机口温度，根据出机口温度来确定加冰量。实际工作中，出机口的控制温度为18℃，混凝土单方用冰量在60kg左右。因冰块破碎工作量较大，粒径也很难控制，加入冰块后还需延长拌和时间，降低了混凝土浇筑速度，为此，实际工作中多采用拌和水降温的方法，即把冰块稍加破碎后放入拌和水池中来降低水温。用此方法，通常能够把拌和用水的温度降至3℃～7℃左右。

夜间浇筑。白天气温较高，即使采用多种降温措施也很难保证混凝土的入仓温度，而夜间浇筑，特别是后半夜浇筑，气温相对较低，采取温控措施后，比较容易控制混凝土的入仓温度。因此，工作中多把其他工序的施工安排在白天进行，而把混凝土浇筑安排在夜间进行。

3.混凝土养护措施

混凝土早期水化热较大，经量测，一般在浇筑后24h左右，内部温度即达到最大值，而此时因规范要求钢模板尚不能拆除，还不能直接进行表面洒水降温。为降低混凝土温度，除尽量降低水灰比外，在浇筑完毕后18h即开始对钢模板表面进行不间断的洒水降温。拆模后对混凝土表面进行全天候养护14d，通过拆模前是否对钢模板表面洒水降温的对比观察，采取对钢模板表面洒水降温的混凝土产生裂缝较少，因此，混凝土养护应从模板表面的洒水降温开始。

4.控制钢筋锈蚀引起的裂缝

钢筋锈蚀后体积膨胀2～4倍，对周边混凝土产生压力，可能产生顺筋裂缝，甚至脱落，从而影响建筑物的使用。而钢筋锈蚀多为气蚀、电离引起。从以下几个方面可对钢筋锈蚀加以控制。

（1）钢筋出厂时，其表面有一层致密的氧化薄膜，可以对钢筋起到一定的保护作用，但该薄膜遇水或受潮后因水的微酸性而脱落，使钢筋酸性氧化而锈蚀。因此，钢筋原材料和加工后的半成品均应作防潮处理，具体的做法是架空放置和上盖防水雨布。

（2）钢筋安装前，其表面必须洁净、无污物，对已发生锈蚀的部位，必须用钢丝刷和砂布打磨干净，以保证钢筋与混凝土的有效结合，同时也可防止因电离而发生锈蚀。

（3）降低混凝土水灰比和增加混凝土和易性。

（4）加强振捣，提高混凝土致密性，减小混凝土碳化速度，使钢筋有足够长的时间不接触空气。

5.控制裂缝的设计措施

水工混凝土如果设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高，混凝土块体内部温度高，混凝土内外温差超过30℃以上，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生裂缝。竖向受力结构可以用高强混凝土减小截面，而对于混凝土底板应在满足抗弯及抗冲切计算要求下，采用C20～C35的混凝土，避免设计上“强度越高越好”的错误概念。基础设计除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝的钢筋，以构造钢筋来控制裂缝，配筋应尽可能采用小直径、小间距。采用直径8～14mm的钢筋和100～150mm间距是比较合理的。截面的配筋率应在0.3%～0.5%之间。

混凝土工程施工前，应对施工阶段混凝土浇筑块体的温度、温度应力及收缩力进行验算，确定施工阶段混凝土浇筑块体的升温峰值、内外温差及降温速度的控制指标，制订温控施工的技术措施。

三、结论

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作■