浅谈水利工程混凝土裂缝产生的原因及预防措施

2017-01-20李加光

治淮 2017年7期

李加光

李加光

水利工程施工中，混凝土是主要建筑材料，而裂缝问题又是混凝土普遍存在且难于解决的工程实际问题。混凝土开裂会使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性和使用寿命，甚至会威胁人们的生命和财产安全。因此，在水利工程施工中，应对混凝土的裂缝产生原因进行仔细分析，并在施工中采取有针对性的措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物的使用安全。

一、表面干缩裂缝及预防措施

1.表面干缩裂缝产生原因

干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的7天左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，但这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分的蒸发程度不同而导致的结果，混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小，变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越容易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多为0.05～0.2mm，大体积混凝土中平面部位多见。干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀，影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂，影响混凝土的承载力等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、骨料的性质和外加剂的用量等有关。

2.主要预防措施

（1）选用干缩较小的水泥，如用中低热水泥和粉煤灰水泥，在保证混凝土强度等级的前提下，降低水泥的用量。

（2）混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比大小，同时掺加合适的减水剂。

（3）严格控制混凝土搅拌时间和施工中的配合比，混凝土的用水量绝对不能大于配合比设计所给定的用水量，用水量误差控制在规范允许的范围之内。

（4）混凝土平面收光要恰到好处，最后一道收光要用力反复揉搓。混凝土表面既达到最密实的程度，又能收好光。

（5）加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间，保持混凝土表面经常湿润，既保湿又保温。

（6）在混凝土结构中设置合适的收缩缝。

二、塑性收缩裂缝及预防措施

1.塑性收缩产生原因

塑性收缩是指混凝土在终凝之前表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一、互不连贯状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达1～2m，宽1～5mm。其产生的主要原因为混凝土在凝结前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土凝结时间、水泥的安定性、环境温度、风速、相对湿度等。

2.主要预防措施

（1）选用干缩值较小，且早期强度较高的普通硅酸盐水泥。（2）严格控制水灰比和水泥用量，选择级配良好的石子，减少空隙率和砂率。（3）浇筑混凝土之前，将基层和木模板浇水湿润。（4）振捣要密实，表面压实。（5）及时用塑料薄膜或潮湿的草帘子养护，保湿保温或喷洒养护剂。（6）避免高温或大风天气下浇筑，防止暴晒风干。

三、温度裂缝及预防措施

1.温度裂缝产生原因

温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大的中间位置。混凝土在浇筑后，在硬化过程中，产生大量的水化热，由于混凝土体积较大，大量的水化热积聚在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，产生较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工的后期。在混凝土的施工中当温差变化较大或混凝土受到寒潮的袭击时会造成混凝土表面收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝。温度裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

温度裂缝的走向通常无一定的规律。大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构物裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向或平行或接近平行，裂缝沿长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝通常中间粗两端细，而冷却裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳、抗渗能力等。

2.主要预防措施

（1）尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。（2）减少水泥用量，在混凝土中掺加适量粉煤灰或减水剂。（3）降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。（4）改善骨料的级配，采用多级连续配料，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量以降低水化热。（5）改善混凝土的浇筑温度，寒冷天气要尽快入仓，尽量提高入仓的温度，入仓温度保证在45°以上；热季要降低入仓温度，砂石骨料要堆高遮阳，取用地下水为拌合用水，混凝土尽快入仓，入仓温度控制30°以下。（6）在混凝土中掺加减水缓凝剂，改善混凝土拌合物的流动性和保水性，降低水化热，推迟延缓热峰的出现时间。（7）大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关，混凝土结构尺寸越大，温度应力越大，因此要合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减少约束。（8）在大体积混凝土内部设置冷却管道，通冷水或者冷气冷却，减少混凝土内外的温差。（9）加强混凝土温度的监控，及时采取冷却保护措施。（10）预留温度收缩缝。（11）减少约束，浇筑混凝土前应在基岩和老混凝土上铺设5mm左右的砂垫层或用沥青等材料涂刷。（12）加强混凝土养护，混凝土浇筑后及时用湿润的草帘、麻布等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保护混凝土表面缓慢冷却，在寒冷季节混凝土表面应设置保温措施，以防寒潮袭击。（13）混凝土中配置表层毛细钢筋或者掺入纤维材料，将混凝土的温度裂缝控制在一定的范围之内。

四、沉陷裂缝及预防措施

沉陷裂缝的产生原因是由于结构地基土质不均、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足、模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降致使混凝土结构产生裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般与地面垂直或呈30°～45°方向发展，较大的沉陷裂缝往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉陷量成正比关系，裂缝宽度受温度变化的影响较小，地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。主要预防措施：（1）对松软土填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。（2）保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。（3）防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡。（4）模板拆除时间不能太早且要注意拆换的先后顺序。（5）在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。