水工混凝土裂缝产生的原因-预防和处理措施

水工混凝土裂缝产生的原因\预防和处理措施
摘要：混凝土裂缝直接影响着水利工程的外观和耐久性，应给予高度重视。

本文分析了水利施工中混凝土裂缝产生的原因，并从多个角度提出了系统的防治措施，以供参考。

关键词：混凝土；裂缝；预防；处理
Abstract: concrete cracks directly affecting water conservancy project appearance and durability, should give height to take seriously. This paper analyzes the water conservancy construction concrete cracks, from various angles and puts forward the prevention measures of system, for reference.
Key words: concrete；crack；prevention；treatment
混凝土是一种非均质脆性材料，由骨料、水泥以及存留其中的气体和水组成，在温度和湿度变化的条件下硬化并产生体积变形。

由于各种材料变形不一致，互相约束而产生初始应力（拉应力或剪应力），造成在骨料与水泥石粘结面或水泥石本身之间出现肉眼看不见的微细裂缝，一般称为微裂。

这种微细裂缝的分布是不规则的，且不连贯，但在荷载作用下或进一步产生温差、干缩的情况下，裂缝开始扩展，并逐渐互相贯通，从而出现较大的肉眼可见的裂缝，称为宏观裂缝，即通常所说的裂缝。

因此混凝土的裂缝，实际是微裂的扩展。

裂缝按产生的原因有：由外荷载（包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载）引起的裂缝；由变形（包括温度、湿度变形、不均匀沉降等）引起的裂缝；由施工操作（如制作、脱模、养护、堆放、运输、吊装等）引起的裂缝。

按裂缝的方向、形状有：水平裂缝，垂直裂缝，纵向裂缝，横向裂缝，斜向裂缝以及放射状裂缝等。

按裂缝深度有：表面裂缝，深进裂缝和贯穿裂缝等。

1水工混凝土工程中常见裂缝成因及预防措施
1.1干缩裂缝及预防
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一周左右。

干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。

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的内部约束，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，干缩裂缝越易产生。

于缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05-0.2mm之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的粱板中多沿其短向分布。

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、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。

主要预防措施：一是在混凝土拌制中首先要选用收缩量较小的水泥，一般采
用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量；其次配合比设计中应尽量控制好水灰比，同时掺加合适的减水剂；再就是要严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比和用水量。

二是要加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间，冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。

三是在混凝土结构中要设置合适的收缩缝。

1.2塑性收缩裂缝及预防
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。

其产生的主要原因为：混凝土在终凝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积急剧收缩，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、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等。

主要预防措施：一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。

二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度与和易性，减少水泥及水的用量。

三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。

四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。

五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。

1.3沉陷裂缝及预防
沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、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。

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：一是对松软土、填土地基在上部结构施工前应进行必要的夯实和加固。

二是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。

三是防止混凝土浇筑过程中地基被水浸泡。

四是模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。

五是在冻土上搭设模板时要注意采取一定的预防措施。

1.4温度裂缝及预防
温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。

由于水工混凝土的体积较大，混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，水化热聚积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，这样就形成内外较大的温差；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中后期，通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

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、抗疲劳及抗渗能力等。

主要预防措施：一是在混凝土拌制时应采取的措施，要尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等；要减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下，降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下；要改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减水剂等来减少水泥用量，降低水化热；要改善混凝土的搅拌加工工艺，采取加冰拌和或风冷骨料降低混凝土出机口温度，从而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，降低水化热，推迟热峰的出现时间。

二是在混凝土浇筑时应采取的措施，高温季节可以采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温度的升高，降低浇筑混凝土的温度；合理安排施工工序，分层、分块浇筑，预留温度收缩缝，减少混凝土结构尺寸，以利于散热，减小约束；在大体积混凝土内部设置冷却管道，通过冷水或者冷气冷却，减小混凝土的内外温差；加强混凝土温度的监控，及时采取冷却、保护措施。

三是加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。

在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。

四是混凝土中配置少量的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。

1.5化学反应引起的裂缝及预防
混凝土拌和后会产生一些碱性离子，这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。

由于混凝土浇筑、振捣不良或者是钢筋保护层较薄，有害物质侵入混凝土使钢筋产生锈蚀，锈蚀的钢筋体积膨胀，导致混凝土胀裂，此种类型的裂缝多为纵向裂缝，沿钢筋的位置出现。

这种裂缝一般出现在混凝土结构使用期间，一旦出现很难补救，因此应在施工中采取有效措施进行预防。

主要的预防措施：一是选用碱活性小的砂石骨料。

二是选用低碱水泥和低碱或无碱的外加剂。

三是选用合适的掺和料抑制碱骨料反应。

2混凝土工程中常见裂缝处理措施
裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。

因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的结构安全。

混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，灌浆、嵌缝封堵法，结构加固法，混凝土置换法以及电化学防护法。

2.1表面修补法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于对结构承载能力没有影响和稳定的表面裂缝以及深进裂缝的处理。

通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆，在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

2.2灌浆、嵌缝封堵法
灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。

常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。

常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等：常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

2.3结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。

结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积；在构件的角部外包型钢；采用预应力法加固；粘贴钢板加固；增设支点加固以及喷射混凝土补强加固等。

2.4混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土结构安全的裂缝的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。

常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。

2.5电化学防护法
电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。

阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的三种方法。

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，影响建筑物的结构安全和承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理。

只有在混凝土的拌制、浇筑、成型、养护的各个施工阶段，根据混凝土构件所处的具体环境条件和自然条件，采取各种有效的预防措施来预防裂缝的产生和发展，才能保证水工混凝土建筑物安全稳定地工作。

参考文献：
[1]郭建堂《水利水电工程施工手册》，中国电力出版社，2002
[2]宋功业《现代混凝土施工技术》，中国电力出版社，2009。