水工混凝土裂缝成因分析及防治

2018-02-04张斯铃

智能城市 2018年5期

黄辉张斯铃

1. 资中县水利工程质量与安全监督站，四川内江 641200； 2. 资中县水务局，四川内江 641200

混凝土是由水泥等为胶凝材料，砂、石为骨料，加水混合拌制浇筑而成，是由固、液、气组成的复合体系。混凝土抗压强度高，但抗拉强度较低。混凝土凝结过程，由于温度影响、干缩变形、水化结晶等原因，发生收缩。混凝土自由收缩引起构件体积减少而不会产生裂缝。当构件受到内部或外部约束时，混凝土收缩受到限制而产生拉应力。拉应力积累突破抗拉强度时，即产生裂缝。

1 混凝土结构产生裂缝的原因

影响裂缝发生的因素主要包括材料、施工、使用与环境、结构与荷载等，且往往不是单一因素造成的。根据混凝土工程实践调查研究混凝土裂缝成因主要包括以下几类：

1.1 塑性收缩引起裂缝

混凝土硬化前，失水收缩，骨料因自重下沉，其间混凝土还具备一定的塑性，即塑性收缩。塑性收缩过程中若受到钢筋、预埋件等限制，在相应部位形成裂缝。

1.2 干缩引起裂缝

混凝土凝结过程，水分蒸发导致干燥收缩，体积较原材料的体积减少，产生干缩，在结构表面更为突出。混凝土内部干燥收缩与表面的干燥收缩速率不一致，内部收缩小，表面收缩大，在混凝土表面产生拉应力。

1.3 温度收缩引起裂缝

混凝土具有热胀冷缩特性。混凝土浇筑后，水泥水化热释放，中心温度升高快，形成内外温差；由于季节性施工措施或养护措施不当，受太阳曝晒、降雨、大风、昼夜影响，混凝土内外温度变化不同步，产生温度应力。

1.4 荷载引起裂缝

结构承载计算不准确，断面及钢筋用量不足，受力钢筋直径过粗，强度等级不当，胀缝、缩缝设置不合理或未设置；盲目追求工期，提前拆除支架，随意堆放机具、材料，结构提前承受荷载；搬运、吊装发生撞击等。

1.5 地基沉降引起裂缝

混凝土结构各部位所处地基地质差异大；基础各部分采取不同的结构形式（桩基或条基等）；基础各部分荷载差异太大；基础分期建造等，均可能造成地基不均匀沉降。基础不均匀沉降或位移，产生结构附加应力，应力累积超过结构的抗拉强度，会引起裂缝。

1.6 钢筋锈蚀引起裂缝

由于保护层厚度不足等质量缺陷，水分和氧气进入混凝土内部，钢筋混凝土结构的钢筋骨架发生锈蚀；混凝土受二氧化碳侵蚀炭化，碳化深入保护层，混凝土碱度降低，诱发钢筋锈蚀；锈蚀反应使钢筋体积较锈蚀前增大，产生膨胀应力，引起混凝土裂缝、表层剥离。

1.7 碱骨料反应导致裂缝

混凝土中的碱性物质与骨料中活性氧化硅、碳酸钙镁等活性成分发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂。

1.8 施工不当引起裂缝

①混凝土拌和物流动性差，混凝土后期沉实大，引起塑性收缩，产生裂缝。②用水过多，增加混凝土早期收缩量。③养护不及时，混凝土急剧干燥。④由于漏振或超振，混凝土不密实、不均匀，诱发钢筋锈蚀。⑤施工随意，材料计量不准，强度、和易性等指标不满足要求，结构质量差。⑥混凝土预制构件堆放、运输、安装不当，未按受力钢筋布置方向正确安装。⑦模板、支架刚度不足或受到撞击，使用过程中发生变形或不均匀下沉，导致混凝土裂缝。

2 混凝土裂缝防治

如前所述，影响混凝土开裂的因素很复杂，涉及设计、原材料供应、施工甚至监理和业主等各方面，防治裂缝需各方共同努力。已有裂缝扩展比新生成裂缝容易，所以裂缝控制又应从早期抓起，在结构设计、材料制备、现场施工、环境控制等方面着手搞好综合预防，控制早期裂缝、减少后期开裂、保证混凝土结构耐久性。

2.1 合理设计

进行结构荷载计算，对裂缝进行验算。①采用足够的保护层厚度，防止钢筋锈蚀。②增配构造钢筋，大体积混凝土结构及恶劣环境中的纯混凝土结构，适当布置钢筋网；轴心受拉构件可加大构件截面尺寸及提高混凝土的强度等级；也可采用预应力混凝土或在混凝土中掺入钢纤维等提高构件的抗裂能力。③形体设计避免断面突变或做成渐变过渡，预留空洞等处应设置加强筋。④合理设置胀缝和缩缝，以适应结构变形的需要。

2.2 材料控制

①合理选择水泥品种。选用开裂敏感性低的水泥，严禁使用安定性等不达标的水泥。②骨料选择时应注意砂石粒径、级配、云母的含量、含泥量、有机质、吸水率等指标应满足要求。③尽量减小水泥用量和胶凝材料总量（用水量），减少干缩量。④合理使用外掺剂和外掺料。经试验确定外掺料用量，选择保水性的外掺剂。⑤对骨料进行碱活性检测，预防和控制碱骨料反应的影响。

2.3 科学施工

①通过试验确定混凝土配合比，保证拌和物质量。避免过长时间的搅拌，勤测坍落度，及时浇筑。不得在仓内向混凝土拌和物加水。②高温天气，要通过合理安排施工时间，采取遮阳覆盖等措施降低浇筑温度，防止表面过早硬化。③合理确定施工缝的间距。④科学安排浇筑顺序，预防不均匀沉降引起开裂。⑤不漏振、不超振，保证混凝土的密实性和均匀性。

2.4 认真做好养护和保护工作

应根据结构体型、施工资源配置等要求，结合季节、天气等条件，落实好混凝土养护与保护。①对于薄壁结构，浇筑后立即覆盖，避免塑性开裂。②整个养护期内应保持混凝土表面湿润。③大体积混凝土宜采取骨料预冷、控制入模温度等温控措施。④根据混凝土的部位、尺寸和强度增长等合理确定拆模时间，防止产生荷载裂缝。⑤大面积混凝土应及时切割缩缝。