浅析水工混凝土裂缝原因及应对措施

吴永斌

(新疆塔里木河流域希尼尔水库管理处 新疆库尔勒 841000)

巴音郭楞蒙古自治州（以下简称巴州）位于新疆维吾尔自治区东南部。东经 82°38′～ 93°45′，北纬35°38′～43°36′之间。巴州属典型大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，春季升温快而不稳，秋季短暂而降温迅速，多晴少雨，光照充足，空气干燥，风沙较多。其中，南5 县（市）属塔里木盆地东部暖温带干旱区，该区域光热充足，热量资源比较丰富，冬夏和昼夜温差大，空气干燥，≥10℃积温3870～4300℃，无霜期175～200 天。北4 县即焉耆、和静、和硕与博湖属焉耆盆地中温带区，该区域日照充足，气候温和，≥10℃积温3420-3580℃，无霜期平均175 天左右。

随着国家西部大开发及塔里木河流域综合治理工程的开展，巴州水利工程无论从规模上还是数量上，都有了较大的发展。而水工混凝土建筑物在建设和使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝，这些，困扰着我们的工程技术人员。 大量工程实践所提供的经验说明，结构物的裂缝是不可避免的，应将其有害程度控制在允许范围内。结构物的裂缝，大致可分为荷载作用引起的裂缝和变形引起的裂缝两大类，而变形作用包括温度（水化热、气温、生产热、太阳辐射等）、湿度（自生收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）、地基变形（膨胀地基、湿陷地基、地基差异沉降等）。

1 混凝土裂缝产生案例分析

我州水工建筑物出现的裂缝，大多属于变形裂缝，由于荷载作用引起的裂缝较少。下面就我州某些水工建筑物发生的一些裂缝，做一些初步的分析。

1.1 案例一

某大型水利工程中3 块大体积钢筋混凝土筏型底板，其中2 块底板厚度为1.5m。第1 块厚度1.5m 底板，于当年10月底浇注。施工时施工单位将厚度1.5m 的底板分两层浇注。第1 层底板于当年10月底浇注，先浇注0.75m。拆除侧模后，发现四周有垂直于板的裂缝，继而在已浇筑面上也发现了裂缝。经取芯检测，裂缝是由顶至底贯通的。后经各方专家的研究，采用聚胺脂灌浆进行了封堵处理，取芯检测，灌缝效果较好。分析发生裂缝的主要原因是混凝土的内外温度差引起的温度变形而产生的。当年10月底，恰逢寒流降温，而施工上侧模未采取任何保温措施，浇注层表面由于是在板的中部分层，施工时未布设防裂钢筋，随后保温保湿措施跟不上，裂缝的发生是不可避免的。同一工程中另一块底板厚度也是1.5m，浇注时间是当年的11月份，有鉴于第一块底板发生裂缝后而总结的经验，在施工中未对底板厚度分层，同时对侧模采取保温措施，混凝土浇注后即时进行保温覆盖，经拆模检查再未发现裂缝。而第3 块底板于次年十月底浇注，亦恰逢寒流降温，但施工措施得当，保温到位，也未发现裂缝。从后两块大体积钢筋混凝土底板的浇注情况来看，正确而合理的施工措施是完全可以避免出现类似混凝土裂缝的。

1.2 案例二

某大型水利工程中的闸墩，前池侧墙以及主厂房地面以下四周侧墙都是钢筋混凝土结构。在浇注混凝土后，拆模发现在不同浇筑层有垂直建筑物长边的垂直裂缝，裂缝形状呈枣核状，中间宽，两头窄。这些墩及墙厚度一般在0.6～1.0m，高度5～13m。施工中有的是当年分层浇注的，有的是在前一年已浇注的老混凝土上浇注的。分析产生这些裂缝的原因，是由于新浇混凝土在硬化过程中降温和收缩同时发生，新浇混凝土结构受外力的约束（老混凝土的约束），而承受相互叠加的拉应力大于新浇混凝土此时的抗拉强度而产生裂缝。而主厂房地面以下四周侧墙及前池侧墙的混凝土施工，一部分是在前一年的老混凝土基础上继续施工的，另一部分是当年分层浇注施工的。由于该工程的混凝土有抗硫酸盐腐蚀要求，采用高性能混凝土分层浇注施工时，每层间隔周期一般在35 天左右，而此刻已浇注的混凝土的强度已达到设计强度的120%～130%，甚至更高。实际下层混凝土已成“老混凝土”，对上层混凝土在硬化过程和收缩时产生一种约束力，使混凝土产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度，导致混凝土结构产生了裂缝。

1.3 案例三

某输水水利工程沿途有6 座交通桥，上部结构系预制钢筋混凝土T 型梁。这几座桥是由不同的施工单位承建，但六座桥的预制钢筋混凝土T型梁拆模后，在梁板交接处都有不同程度的水平裂缝。经超声波检测系表面裂缝，仅做了表面处理。这种裂缝就是典型的沉缩裂缝。裂缝常出现在结构的变截面处、梁板交接处、梁柱交接处。因混凝土的流动性不足或流动性过大，硬化前没有密实或密实不均，就会发生裂缝，裂缝的深度一般达到钢筋表面。梁板施工工艺是一次浇注振捣完成，由于梁板的沉降不均就会产生裂缝。鉴于对这一问题的认识，后来在另一座桥的施工中采用梁浇完后等待30～40min 再浇注板的方法，结果拆模后未发生裂缝。当然对这种情况也可采用混凝土浇注1～2h 后，对混凝土采用二次振捣措施，也可防止裂缝的产生。

2 混凝土裂缝的控制措施

国外许多工程的实践证明，只要设计与施工紧密配合，裂缝是可以控制的。现就施工方面的措施做一简要叙述。为了防止裂缝形成，着重从控制温升、减少温度应力方面采取一些措施。这些措施不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，必须结合实际全面考虑，合理采用，才能收到防止裂缝的效果。

2.1 加强混凝土材料的控制

（1）水泥。在混凝土施工中，水化热引起的温升较高，降温幅度大，容易引起温度裂缝。为此，在施工中应选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量。

（2）掺合料及外加剂。混凝土中掺入粉煤灰或矿渣微粉等掺合料，不仅能代替部分水泥，也可以大大改善混凝土的工作性和可泵性，且可明显降低混凝土水化热。另外掺加外加剂，如减水剂，可减少拌合用水，同时也减少了水泥用量，从而降低水化热。又如掺加膨胀剂还可减少因外约束而使混凝土产生拉应力。

（3）混凝土骨料。混凝土施工时，混凝土骨料的尺寸与结构物的配筋，混凝土浇注工艺等因素有关。

粗骨料尽可能用大粒径的骨料，可减少用水量，减少水泥的水化热，降低混凝土的温升；细骨料采用中砂、粗砂，比采用细砂时减少用水量，水泥相应也减少，从而降低水泥水化热和混凝土的干缩。

（4）大体积混凝土中掺加大块石。在混凝土中掺加无裂缝、冲洗干净的坚固大块石，不仅减少了混凝土用量，降低了水化热，节约了工程投资，而且由于水泥水化热的降低，给控制裂缝带来一定好处。

2.2 做好混凝土施工养护工作

（1）混凝土的施工。根据有关试验资料，普通混凝土的极限拉伸离散性很大，这与水泥用量、水泥砂浆量、水灰比、粗骨料品种、砂石含泥量、混凝土捣固程度以及养护条件等有关。因此，在施工中必须创造各种条件，确保混凝土的均匀密实。

（2）养护工作。在尽量减少混凝土内部温升的前提下，混凝土的养护是一项关键工作，必须切实做好。养护主要是保持适宜的温度和湿度条件。混凝土的保温措施常常也起到保湿的效果。从温度应力的观点出发，保温的目的有2 个，一是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；二是延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土拉抗强度，防止产生贯穿性裂缝。

2.3 合理使用混凝土掺合料

现代混凝土科学大量使用矿物细掺料，既是提高混凝土性能的需要，又可减少对水泥量的要求；既可减少煅烧水泥熟料时CO2的排放，又因大量利用粉煤灰、矿渣微粉及其他工业废料而有利于保护环境。

而水泥外加剂的使用历史更长，引气剂和减水剂的使用大大地改善了混凝土的工作性和耐久性。而膨胀剂又可配制出膨胀混凝土，可减少混凝土产生拉应力防止裂缝的产生。

这些矿物细掺料、外加剂的拌和参数，需通过试验来确定。混凝土的试验周期较长，试验中要有足够的时间进行调配，使混凝土各项指标达到设计要求。

3 结语

混凝土裂缝是水工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，应对混凝土裂缝进行认真分析、区别对待，采用合理的方法进行处理。并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。