水工混凝土产生裂缝成因与控制

□李 芳 □冯娟娟（河南省白龟山水库管理局）

随着国民经济快速发展，水利工程建设投资规模加大，特别是大型水利工程开工建设，水闸、倒虹吸、渡槽、隧洞、渠道衬砌等各类水工建筑物的混凝土施工任务极为繁重。根据工程部位的不同，水工混凝土通常具有抗压、抗拉、抗渗、抗冻、抗裂、抗冲耐磨和抗侵蚀等要求，但在实际施工中，常常由于材料质量、人员素质、设备能力、施工方法、温度控制等多方面原因，引起混凝土表面容易出现蜂窝、麻面、挂帘、裂缝等各类质量缺陷，其中裂缝对混凝土的结构安全危害极大。混凝土表面裂缝不仅影响外观质量，而且容易诱导深层裂缝，甚至贯穿裂缝，最终导致严重的质量事故，因此有必要总结经验，进一步研究混凝土裂缝产生的各种原因，在工程建设中做到尽早预防、有效控制。

一、水工混凝土的特点

有别于其它土建行业，水工混凝土因建设规模、使用环境等不同，具有以下主要特点：

一是除抗压、抗拉、抗裂等强度指标外，对抗冻、抗渗、抗冲耐磨和抗侵蚀的要求较高；二是单块混凝土结构尺寸大，浇筑强度高，设备投入多；三是单方胶凝材料用量大，内部温升快，峰值高，温控措施要求严。

二、水工混凝土裂缝形成原因

水工混凝土的几何尺寸一般较大，工程质量受影响的因素很多。由于温度和湿度变化，在基础约束作用下，混凝土内部会产生很大的约束应力，容易产生裂缝。一般来说，裂缝形成的原因有以下几个方面：

（一）混凝土热学、力学性能影响

混凝土浇筑后，内外温差对其产生裂缝的影响较大。引起混凝土内部温度升高的热量主要来源于水泥的水化热，一般水工混凝土，水泥用量较大，在早期强度增长期内会产生大量水化热，这些热量不易排出而富聚，导致其内部温度迅速升高，而混凝土外表面一般暴露在空气中，散热较快，由此形成内外温差过大，此阶段混凝土的强度又很低，较易产生裂缝。因此，需加强混凝土施工时的温度控制，如：通过降低料仓温度、粗骨料预冷、加冰屑拌和等措施，降低混凝土浇筑温度；采用低热水泥，通冷却水等，降低混凝土内部温升；控制基础混凝土和老混凝土约束部位的浇筑层厚（1～2m为宜）、以及上下层浇筑间歇时间（一般为5～10d），改善新浇筑混凝土的约束条件；冬季加强保温养护，降低混凝土内外温差；混凝土拌和物内掺加粉煤灰和早强剂、减水剂等外加剂，改善混凝土的热学和力学性能等。

（二）结构型式与分缝分块的影响

当混凝土的结构型式不当、设计形体复杂，易使混凝土结构产生较多的应力集中区，无疑会给裂缝产生提供了机会。

水工混凝土通过合理分缝、分块，适当减小单仓混凝土的几何尺寸，对避免产生混凝土裂缝作用明显。

（三）基础的影响

柔性基础的不均匀沉降与基岩等近似刚性基础的约束也是产生裂缝的原因。

土基等柔性基础，因个别部位的实际地质条件与勘察成果有出入，或因上部建筑物荷载变化，混凝土容易产生不均匀沉降。而基岩、底部老混凝土等刚性基础的弹性模量一般约为1～3×104MPa，对上部浇筑的混凝土有相当大的约束。如：大型倒虹吸混凝土工程，因浇筑部位施工条件的不同，一般情况下洞身底板浇筑时间较快，而墙身混凝土浇筑时间较慢，若施工组织不当，当底板混凝土与墙身混凝土之间的浇筑时间间隔较长时，即能使得底板对墙身混凝土的约束应力增大，容易产生裂缝。

由于不均匀沉降与约束的存在，混凝土将会产生较大的拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度1～1.5×104MPa时，就会导致裂缝产生。

（四）施工因素的影响

施工水平的高低是水工混凝土产生裂缝最主要的原因之一。在水工混凝土施工过程中，往往由于施工人员操作不当、机械设备能力不足、原材料控制不严或环境突变应对不及时等原因，造成混凝土出现裂缝。如：混凝土拌和不充分，使混凝土和易性较差；混凝土运距较远，路面不平整，使混凝土产生离析；混凝土方量较大，浇筑时间过长，施工人员疲惫懈怠，分层不明显，平仓振捣不及时；设备出现故障，运输能力不足，出现浇筑冷缝等，均能导致混凝土浇筑质量较差，强度不均匀，降低其抗裂能力。

另外，混凝土拆模后养护不到位，养护期内气温骤降，防范不及时等，也能引起混凝土产生裂缝。

三、混凝土裂缝预防与控制

针对混凝土裂缝的成因，工程施工应从人员操作、材料供应、机械配备、方案执行和施工环境等方面采取综合的预防控制措施，并重点做好以下工作。

一是控制混凝土选材和配合比。充分利用后期设计强度，优化混凝土配比，优先采用低热水泥，并通过掺加外加剂和混合材料，降低水泥用量，减少水化热。一般采用硅酸盐水泥，掺入水泥质量的20%～30%的粉煤灰，掺加减水剂，对于有抗冻抗渗要求的还要掺加引气剂等；严格控制混凝土骨料质量，粗骨料应级配良好，细骨料宜选择中砂，砂石骨料碱活性成分、含泥量、针片状或细度模数等指标符合规范要求，料场有防雨、防晒设施；外加剂选用知名产品，确保质量稳定有效。

二是地质勘察翔实准确，地基处理措施稳妥可靠，避免因地基处理不当而造成建筑物不均匀沉降。

三是混凝土施工分仓、分缝合理，一般情况下，一次浇筑方量不宜过大。

四是原材料称量准确，混凝土拌和充分，拌和中加强全过程质量检测，调整及时；混凝土运输通畅，减少转运环节，避免离析，入仓、平仓及时，浇捣均匀充分，并有效控制混凝土的入仓温度和浇筑温度。

五是高温季节，组织夜间施工，采用地下水或加冰屑拌和，控制混凝土出机温度，必要时通过温控计算，在混凝土内部埋冷却水管，通地下水或冷却水，降低内部温升；冬季施工，骨料堆大堆，并从下部取料，拌和加热水，加快混凝土入仓和浇筑速度，浇筑后表面覆盖及时。

六是加强混凝土养护，夏季混凝土浇筑完毕后，表面铺盖草袋和塑料薄膜，及时洒水，避免阳光曝晒，保持混凝土表面湿润，专人负责，并作好养护记录，养护时间一般不宜少于14d，有特殊要求部位应适当延长养护时间。冬季，宜采取保温养护，必要时采用搭棚增温养护。养护的目的是防止混凝土内外温差过大，导致产生裂缝。

总之，影响混凝土产生裂缝的因素复杂而多变，避免混凝土出现裂缝，预防和控制是关键，需要在设计、材料、施工，特别是施工中加强控制。只有科学有效地控制好各种影响因素，才能减少混凝土裂缝出现的机率，从而保证混凝土的工程质量。