浅议水工混凝土建筑物裂缝产生原因、分类及预防措施

浅议水工混凝土建筑物裂缝产生原因、分类及预防措施

王川陈龙陈露阳

王川陈龙陈露阳

（南水北调中线干线保定管理处，河北，保定，071000）

【摘要】混凝土裂缝是水工建筑物普遍存在而又难于解决的问题，也是影响建筑工程质量的重要因素之一。为此，本文真对水工建筑物裂缝产生的原因进行了分析，并提出了预防措施。

【关键词】混凝土；裂缝；预防

裂缝在水工混凝土建筑物病害中最为常见，其产生是多种因素共同作用的结果。混凝土硬化过程中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝。当混凝土受到荷载、温差等作用之后不断地扩展和连通，最终形成混凝土裂缝。具统计水工建筑物由于裂缝、冲蚀引起的溃坝占溃坝总数的38%。因此，在施工中应切实采取有效措施控制混凝土裂缝的产生。

一、水工混凝土建筑物裂缝的分类

1.按裂缝产生原因分为：荷载裂缝（混凝土结构由于承受各种荷载后产生的裂缝）和变形裂缝（因环境温度、湿度变化或混凝土结构内部温、湿度或水分变化使其变形而产生的裂缝，包括塑性裂缝、温度裂缝、干燥收缩裂缝、自收缩裂缝和碳化收缩裂缝等。另外还有碱—骨料反应裂缝、钢筋锈蚀裂缝等）。

2.按裂缝危害程度分为：有害裂缝（严重影响混凝土结构耐久性和使用性能，必须治理）和无害裂缝（可以不治理，仅影响建筑物外观）。

二、水工混凝土建筑物裂缝产生的原因

混凝土自浇筑开始便经受外界环境和内部因素的作用而产生应力。当应力超过混凝土的极限强度或其应力变形超过了混凝土的极限变形值，混凝土结构物即产生裂缝，发展到严重程度，结构物会因失去承载能力而遭到破坏。从力学观点分析，结构物有其本身的承载力或抗裂能力，设计者通常用这种力来抵御外界或其本身的破坏力。破坏力主要包括：(1)外荷载应力（2）温度应力（3）干缩应力（4）膨胀产生的应力（5）自生体积变形应力（6）基础变形和模板走样产生的应力（7）塑性收缩和碳化收缩产生的应力。

三、水工混凝土建筑物裂缝的分类及其特征

裂缝产生的原因复杂，有时几种原因并存，根据裂缝产生的部位、发生的时间和裂缝走向，将其分为以下4类：

1、塑性收缩裂缝：多发生在竖向尺寸较大的混凝土上表面或侧面吗，出现在混凝土浇筑后终凝前，约在浇筑后4～15h。裂缝走向为不规则裂缝，无固定方向，但对长形混凝土结构，其上表面也会产生垂直于长方向的横向裂缝，沉降收缩裂缝多发生在钢筋及预埋件旁或靠近模板处；

2、温度裂缝：出现存在温差的地方，如大体积混凝土表面，有些混凝土墙也会出现温度裂缝，无固定部位，一般出现在内部升至最高温度后，温度开始下降时，约在混凝土浇筑后2-7d，裂缝无固定走向；

3、干燥收缩裂缝：出现存在湿度差的地方，如表面较大的板式或壁式结构表面，深度约为10-15mm，从混凝土硬化到数年的较长时间内均可出现，此种裂缝多为长条形混凝土结构的垂直方向，裂缝相互平行，间隔距离比较均匀，也有斜裂缝或不规则的干缩裂缝；

4、荷载裂缝：多出现在混凝土结构尺寸变化处，荷载不同的两结构连接处以不同结构类型的两结构连续处。加荷后较长时间均可出现，其中因地基沉降而引起的裂缝可持续数年，裂缝走向一般沿荷载方向，如梁底的横向裂缝或梁端的剪切斜裂缝。

四、水工混凝土建筑物裂缝的危害

混凝土结构出现裂缝后使人产生不安全感。裂缝宽度超过规定值，其深度和长度又足够大时，将使钢筋保护层破坏，导致钢筋锈蚀，钢筋锈蚀后的体积膨胀又进一步使混凝土裂缝扩大，如此恶性循环的结果将使混凝土结构逐渐破坏，丧失承载能力，同时，裂缝的出现降低了混凝土的密实性，易受以水为载体的侵蚀性介质的侵蚀，为硫酸盐、氯盐等侵蚀。承受水压的结构通过裂缝漏水，混凝土抗冻也因裂缝的存在而进一步降低。裂缝的产生大大降低了混凝土的耐久性。

五、水工混凝土建筑物裂缝控制措施

1、设计方面：对永久荷载和可变荷载应按《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。设计时除应符合《混凝土结构设计规范》GB50010的规定，还应根据具体情况：地震裂度等级、建筑物规模、地基基础情况，当地气候条件、使用功能的需要等因素，全面慎重考虑对混凝土结构采取有效的设计措施，控制混凝土收缩、温度变化、地基基础不均匀沉陷等原因产生的裂缝。

2、有关混凝土材料和配合比方面的措施

（1）选择质量合格的原材料：

①水泥：对大体积混凝土而言宜选用中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥，采用低热水泥要考虑对早期折模的影响，对水泥的矿物成分和细度都应有要求。德国研究表明，胶材体系尤其是水泥的性能直接决定了混凝土材料的抗裂性。建议使用尽可能低的水泥用量和水化慢、延伸性好的水泥以减少开裂。

②骨料：混凝土用骨料应符合有关标准（行业标准和国标），应优先选用洁净、级配良好的中砂和级配良好、空隙率较小的粗骨料。尽量采用非活性骨料，如采用活性骨料时，必须采取有效的抑制措施。还应注意骨料的含泥量和硫酸盐含量不应超标。骨料宜堆放在棚内，防止太阳直晒或雨雪淋湿，以免影响混凝土拌合物温度和水胶比。

③矿物掺合料：为改善混凝土性能，应在其中掺入矿物掺合料，所用矿物掺合料应符合有关标准。

④外加剂：外加剂已是混凝土中必要的组成部分，不同种类外加剂，各有不同的作用，使用的外加剂必须符合有关标准的规定。选用外加剂时必须进行水泥的适应性试验，以免在使用过程中出现异常情况。

（2）配合比

应以耐久性为设计原则，在满足施工要求的条件下，尽量采用较小的混凝土坍落度和较小的用水量；在满足混凝土强度要求条件下不宜采用高的水泥用量，应采用较小的水胶比，和砂率，同时必须控制泌水率；应采用引气剂和引气减水剂并控制混凝土中氯化物总含量。

（3）有关施工方面的措施

①钢筋混凝土为防止有害裂缝产生，应妥善制订施工组织设计、相关的技术方案和质量控制措施，并应进行技术交底，切实贯彻执行。

②模板的安装及拆除

模板及其支架应具有足够的承载能力、刚度和稳定性能可靠地承受浇筑混凝土的自重、侧压力、施工过程中产生的荷载，以及上层结构施工时产生的荷载。

安装模板须构造紧密、不漏浆、不渗水。应确保钢筋保护层厚度。模板的支撑立柱应置于有足够的刚度、强度和稳定性的坚实的地面上，防止支撑沉陷，引起模板变形。

③混凝土的制备、运输、浇筑和养护

a.制订好关于混凝土制备的技术操作规程和质量控制措施，严格按照配比上料制备，采用强制式进料。

b.混凝土运输时，应保持拌合物的均匀性，运送容器应不漏浆，并应具有防晒、防雨雪、防寒和温度倒贯措施。运送至浇筑地点的混凝土的坍落度应满足设计要求。严禁向运到浇筑地点的混凝土中任意加水。应制定出不同气温的运输到浇筑入模时间、并使运送频率能保证混凝土施工的连续性。

c.做好混凝土浇筑前的检查工作，包括模板、钢筋和预埋件等。

混凝土的一次浇筑量要适应各环节的施工能力，以保证混凝土的连续浇筑。对浇筑现场应进行监控，对运抵现场的混凝土坍落度不能满足施工要求时，应及时查找原因，并用可靠的方法调整，严禁随意加水。浇筑时要防止钢筋、模板、定位筋等移动和变形。浇筑的混凝土应填充到模板的各角落，不得漏振和过振。

对大体积混凝土，应控制浇筑后的混凝土内外温差，混凝土配合比设计时应掺用矿物掺合料，降低水泥用量，并采用水化热低的水泥；在混凝土表面采用可靠的保温、保湿措施；降低混凝土的入仓温度；预埋冷却水管降低混凝土的内部温度；滑模时应控制混凝土的凝结时间与滑模速度匹配，防止产生拉裂和塌陷。处理好施工缝，保证施工缝处结合良好。

d.混凝土的养护

混凝土的表面保护和养护是防止产生裂缝的重要和有效的措施，必须充分重视，并制定方案派专人负责。并按有关规范要求充分保证养护时间。

参考文献：

[1]潘冬红，综述水工混凝土建筑物裂缝的处理.中小企业管理与科技[J]，2009年7月上旬刊.

[2]黄国兴,鲁一晖.水工混凝土结构的材料研究创新成果综述[J].水利水电施工.2009(03)