浅谈水利工程混凝土裂缝的成因及预防措施

□王立库

一、概述

随着我国经济社会的迅猛发展，水利水电工程建设在规模上、数量上都达到了建国以来的最高水平；由于混凝土本身为透水介质，因而在水利工程中发生渗漏的情况是不可避免的。由于渗漏的作用，使得有压水渗入混凝土结构内部，这种现象不仅会降低水工建筑物的抗渗能力，而且会引起钢筋的锈蚀，影响水工建筑物的承载能力，危及水工建筑物结构的稳定性。分析裂缝的成因，探讨防治措施，对水利工程建筑物的应用有着极其重要的意义。本文阐述了水利工程混凝土裂缝产生的原因，并根据实践经验提出了在施工中的预防措施。

二、混凝土裂缝的类型

(一)按裂缝的成因划分

1.结构性裂缝。结构性裂缝指由各种外荷载引起的裂缝，又称荷载裂缝，包括由外荷载的直接应力引起的裂缝和在外荷载作用下结构次应力引起的裂缝。

2.非结构性裂缝。非结构性裂缝是指由各种变形变化引起的裂缝，包括温差、干缩湿胀和不均匀沉降等因素引起的裂缝；这类裂缝是在结构的变形受到限制时引起的内应力造成的。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看，非结构性裂缝占比约为80%，其中以收缩裂缝为主要类型。

(二)按裂缝产生的时间划分

1.施工期间出现的裂缝。包括沉降收缩裂缝、自身收缩裂缝、温度裂缝、施工操作不当或养护不到位而出现的裂缝、早期冻胀作用引起的裂缝，以及一些其它形式的不规则裂缝。

2.使用期间出现的裂缝。包括钢筋锈蚀膨胀产生的裂缝、盐碱类介质及酸性侵蚀气液引起的裂缝、碱骨料反应引起的裂缝以及循环动荷载作用下损伤累积引起的疲劳裂缝等。

(三)按裂缝的形状划分

1．纵向裂缝。平行于构件底面，顺筋分布，主要由钢筋锈蚀作用引起。

2．横向裂缝。垂直于构件底面，主要由荷载作用、温差作用引起。

3．剪切裂缝。由竖向荷载或震动位移引起。

4．斜向裂缝。常见于墙体与混凝土梁，主要是因地基的不均匀沉降以及温差作用或抗剪承载力不足引起。

(四)按裂缝的稳定性划分

1． 稳定裂缝。这种裂缝不影响持久应用，包括两类，一类是在运动过程中可以自愈合的裂缝，常见于一些新建的防水工程中，这是由于裂缝处水泥颗粒在渗漏过程中与水进一步化合，两者形成的凝胶物质将胶合裂缝封闭，从而使渗漏停止，裂缝达到自愈；另一类是处于稳定运动中的裂缝，如在周期性荷载作用下产生的周期性扩展和闭合的裂缝。

2． 不稳定裂缝。这种裂缝将产生不稳定性的扩展，影响结构物的持久使用，应视其扩展部位采取相应的措施。

三、裂缝的成因及预防措施

(一)温度变化引起的裂缝

1．裂缝成因。由于混凝土在硬化过程中，水泥和水起化学反应，产生大量的水化热引起混凝土的温度上升，如果热量不能很快散失，内部和外部温差过大，就将产生温度应力，使结构内部受压、外部受拉。混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉强度，如果由内外温度差引起的拉应力超过混凝土早期抗拉强度，混凝土就要产生裂缝。

2．预防措施。尽量选用低热或中热低泥矿渣水泥、粉煤灰水泥；减少水泥用量；降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下；改善骨科级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；改善混凝土的搅拌工艺，采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度；在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水热化，推迟热峰出现的时间；合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束；在大体积混凝土内部设置冷却管道，通过冷水或冷气冷却，减小混凝土的内部温差；加强混凝土温度的监控，及时采取冷却保护措施；加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却，在寒冷季节，混凝土表面必须采取保温措施，以防寒潮袭击。

(二)混凝土收缩引起的裂缝

1．裂缝成因。混凝土在空气中结硬时，体积要缩小，产生收缩变形，当受到约束时就可能导致裂缝的产生；在筋率较高的构件中，由于钢筋对周围混凝土的约束作用强，混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力，引起构件局部产生裂缝；新老混凝土界面容易产生收缩裂缝。

2．预防措施。在裂缝产生的部位，用水泥砂浆、环氧树脂等对裂缝部位表面进行粘补、涂抹和嵌补。这种方法一般适用于表面裂缝。要合理设置收缩缝；改善混凝土性能，降低水灰比，减少水泥用量；配筋率不宜过高，设置构造物钢筋要分布均匀，避免发生集中的大裂缝；加强混凝土的时期养护，适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。

(三)混凝土塑性坍落引起的裂缝

1．裂缝成因。混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头几个小时内，这时混凝土还处于塑性状态，如果混凝土出现渗水现象，在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向上浮动的倾向。当这种移动受到钢筋骨架或者模板的约束时，上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。

2．预防措施。要仔细选择集料的配级，做好混凝土的配合比设计，特别是要控制水灰比，采用适量的减水剂；施工时混凝土既不能漏振也不能过振，要避免混凝土泌水现象的发生，防止模板发生沉陷。如果发生这类裂缝，可在混凝土终凝以前重新抹面压光，使裂缝闭合。

(四)碱骨料化学反应引起的裂缝

1．裂缝成因。碱骨料化学反应是指混凝土孔隙中水的碱性溶液与活性骨料发生化学反应，生成硅酸凝胶，碱硅胶遇温水后产生膨胀，使混凝土胀裂，在混凝土表面形成不规则的细小裂缝，然后由表及里地展开。

2．预防措施。碱骨料化学反应对结构件的耐久性影响极大，为了控制碱骨料化学反应速度应选择优质骨料和低含碱量水泥，并提高混凝土密实度和采用较低的水灰比。

四、结语

在水利施工过程中，混凝土裂缝是一个常见问题。近年来，随着技术的发展，这个问题的负面影响得到了一定程度的缓解。在本文中，笔者介绍了混凝土裂缝的类型和产生混凝土裂缝的原因，并针对这些问题提出了具体的解决措施。在水利工程施工过程中，只要我们采取的措施得当，这些裂缝是可以得到有效预防和治理的。