混凝土产生裂缝原因及防护措施

贾瑞红

（唐山市陡河水库管理处，河北 唐山063021）

混凝土从普遍意义上来说就是砂石骨料、水泥、水及其他外加材料的混合，是一种多项复合的非均质脆性材料［1］。从目前使用现状来看，混凝土作为建筑材料，已被广泛应用，多见于海港城市建设，民用和工业建筑，水利及交通中。但由于混凝土自身特性问题，常常会导致施工中出现自身的约束、形变等。混凝土不同程度的裂缝，在水利工程中已成为常见的工程病害，钢筋混凝土结构的承载力、耐久性及使用价值等被降低，人们的生命安全和财产安全受到严重的威胁。因此，必须充分重视修补和控制混凝土裂缝。

1 混凝土裂缝的类型

因为变化的温度，沉降不均匀及其他原因，超过了混凝土抵抗变形的能力和自身的强度会产生变形。根据裂缝产生的原因不同分为5类：沉陷裂缝、温度裂缝、干缩裂缝、应力裂缝、施工裂缝，见表1。

表1 5类裂缝的基本特征

2 混凝土裂缝产生的原因

混凝土产生裂缝的原因，主要有基础不均匀沉降、养护不充分、湿度、温度的变化和模板变形等。

2.1 水化热过大导致体积变化大

水泥在硬化过程中，大量的水化热量在水泥凝固时被释放，使混凝土内部的温度不断升高，在其表面产生较大的拉应力；而在后期混凝土开始降温，由于受到老混凝土或者地基的约束，其背部很容易产生的拉应力。此外，当气温在外部骤降时，裂缝会在拉应力高于混凝土的抗裂缝能力时产生。许多混凝土内部湿度变化很小或者变化较慢，而其表面湿度发生较大变化或剧烈变化［2］。这个过程中主要产生了2种约束：①内部约束。因为水化热在混凝土内部不易散发，表面的容易散发，从而使其内部温度高于表面温度，也就是受内部约束表面作体积收缩，而受表面约束，受压状态内部体积膨胀而产生裂缝［3］。②外部约束。当在岩石上或原混凝土上浇筑混凝土时，外部岩石或原混凝土会约束其体积变化。在水泥急剧水化的初期，其产生大量的热量，从而造成水泥体积膨胀。后期水泥水化热不断减少，导致水化热量小于散热量，温度下降明显，因而此时混凝土的体积必将受限。混凝土的受拉状态由受压状态直接产生，拉应力也随之生成，从而导致裂缝的产生。

2.2 混凝土抗拉能力低

混凝土的抗压强度是抗拉强度的10倍左右，短期加荷的极限拉伸变形情况是0.6×10-4～1.0×10-4，长期加荷的极限拉伸变形情况是1.2×10-4～2.0×10-4。因为浇筑过程中的离析现象、不均匀的原材料及不稳定的水灰比等原因，使其在许多薄弱部位抗拉能力很低。同一块混凝土中抗拉强度不均匀，裂缝很容易出现在这些薄弱部位。一般拉应力在钢筋混凝土中，主要由钢筋承担，而压实力被混凝土承受。如果在混凝土内或钢筋混凝土边缘部位的结构内出现了拉应力，那么拉应力被混凝土自身承受。在正常设计情况下，通常认为无拉应力或拉应力很小情况，但是混凝土在实际运用过程中有很强的吸热能力，无法避免其内部出现拉应力。

3 防止混凝土产生裂缝的措施

3.1 降低或消除约束

主要的消除或降低约束方法有：

3.1.1 外部约束

在水利工程中，由基岩的弹性模量所决定，约束程度越大就要求弹性模量越高。在其未充分硬化时浇筑，是因为难以做到降低基岩的弹性模量。与此同时，混凝土的体积变化过大，可以通过添加线胀系数小的骨料来避免。

3.1.2 冻害裂缝

冻害裂缝主要有两种：一种是硬化的混凝土被交替冻融现象所破坏，另一种是冻结发生在还未达到要求强度的凝结后的混凝土上。

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3.2 减小温度变形

3.2.1 优化设计配合比控制水泥水化热

（1）为防止体积变形，在水泥的选择上，一般水利工程中混凝土在水化热高的硅酸盐水泥和用普通硅酸盐水泥不宜使用，如若条件允许，可以通过掺加适当的活性混合材料降低水化热，还可使用低热的中热硅酸盐水泥和矿渣水泥。

（2）水泥水化产生的热量导致的温度变化，是水利工程中混凝土裂缝产生的主要原因，因此，应该在尽可能降低设计强度的情况下，尽量减小水泥用量。

（3）夏季施工时，使用外加剂（如缓凝高效减水剂）以减少水化温升和混凝土发热量。

3.2.2 控制出机口温度，拌和制冷

（1）明确掌握技术要求。

（2）掌握制冷拌和工艺，制冷工艺的好坏决定了混凝土的温升和预冷效果的控制。

3.2.3 温度控制

混凝土在运输过程中要注意控制温度，避免太阳直射。覆盖保温可以用来防止仓面混凝土温升过快，还可使用喷雾进行降温。

3.2.4 通风降温，通水冷却

削减混凝土的温度高峰，主要在初期对混凝土加水来实现。减少混凝土外部和内部的温度差主要在混凝土进行通风的中期来实现；稳定混凝土内部的温度主要在混凝土通风的后期来实现，并为修补混凝土裂缝创造有利的条件。

3.3 提高混凝土的抗拉能力

目前配筋、用掺加纤维及聚合物浸渍等，是提高抗拉强度的方法，但也有其局限性。因此，在不影响工程质量前提下，只能选择性地采用这些办法。

3.4 进行养护

在环境条件气温高、湿度低的情况下，覆盖保湿材料及喷水养护等措施必须及早进行，拆模的时间也要掌握好。不能过早进行拆模，否则会造成混凝土的损坏或者开裂不能在龄期内，而弱势混凝土可以晚些时间拆模。此外，大风袭击和高温季节也要充分注意到边缘部位表层硬化或截面下部和中部差异收缩情况。

3.5 加强施工技术管理

开挖基坑后，经监理工程师到现场进行验收并取得认可后，方可进行浇筑。如果在施工过程中出现不利地质情况，必须先做加固处理；若要继续施工，必须要在验收合格后才能进行。基槽开挖时应该注意，不能破坏其原状结构；进行施工时，工序必须要按照合理的顺序；保温保湿养护侧墙时，防止表里温差过大，不论冬天还是在夏天，都必须进行养护。

4 混凝土裂缝修补的方法

4.1 充填法［4］

对于宽度大于0.5mm的裂缝，槽顶宽10cm的“U”型槽或“V”型槽，在其裂缝处凿出，然后在槽中充填密封材料，如图1。

图1 裂缝沿V型和U型处理效果

目前充填密封材料主要有环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、水泥砂浆及弹性环氧砂浆等。如果在钢筋已经被锈蚀在钢筋混凝土结构中，那么在凿开混凝土时必然会看到钢筋生锈部分，除去钢筋上的锈，然后再充填水泥砂浆或环氧树脂砂浆。“U”型槽是针对活缝的裂缝来说，其底部垫有混凝土不黏的材料，然后再填充弹性嵌缝材料。

4.2 注入法［4］

注入法有真空吸入法与灌浆法（压力注）2种方法。

（1）较深较细的裂缝适用于灌浆法 （一般宽为0.2～0.3mm），灌浆材料主要有弹性聚氨酯浆材、水泥浆材、普通环氧浆材及水溶性聚氨酯浆材等。

（2）各种表面裂缝的修补适用于真空吸入法，通过真空泵形成真空将浆材吸入到缝内。

4.3 表面覆盖法［5］

表面覆盖法使用宽度小于0.2mm的细微裂缝，主要有分涂覆裂缝部和全部涂覆两种。无法深入修补和难以追踪延伸裂缝的变化是这种方法自身的缺点。一般情况下，根据所处环境的不同和被修补物的不同，用不同表面覆盖材料，如采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏、聚合物薄膜等。

5 结语

对水利工程施工中产生的各种裂缝进行了分析，提出了修复方法及处理措施。

［1］周庶，贾东权，张巍.混凝土施工中的裂缝防治措施［J］.东北水利水电，2008（9）:19-22.

［2］吴中伟.高性能混凝土［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］牛光庭，李亚杰.建筑材料［M］.北京：水利电力出版社，1993.

［4］何国栋.水工混凝土裂缝成因及修复技术［J］.甘肃水利水电技术，2009，45（5）:64-65.

［5］刘永富，李海波，孙淑玉.浅谈水工混凝土裂缝的预防及处理［J］.水利科技与经济，2009， 15（4）:365-366.