水工建筑物混凝土裂缝产生机理与防治

摘要：混凝土裂缝是水工建筑物中最普遍的病害之一，在水工混凝土结构中，由于材料和施工技术等原因很容易出现裂缝，对构件的整体性、稳定性、耐久性影响较大。就水工建筑物混凝土裂缝产生的原因和防治进行了浅述。

关键词：混凝土裂缝；水工建筑物；产生机理；防治措施

俗话说“无坝不裂”，混凝土裂缝是水工建筑物中最普遍的病害之一。一般的表面裂缝会造成钢筋锈蚀，增加渗漏，降低耐久性等，而深层裂缝会改变设计的应力图形，改变建筑物的受力条件，直接影响到建筑物的整体性和稳定性。因此混凝土结构的裂缝控制尤为重要。

1产生裂缝的主要原因和类型

混凝土产生裂缝的原因非常复杂，归纳起来有结构荷载作用引起的裂缝和非结构荷载因素引起的裂缝两大类。

1.1 结构荷载作用引起的裂缝

结构荷载是指水压力、泥沙压力、地震荷载、扬压力、波浪压力、冰压力以及结构自重与设备重量等。对这类裂缝只要通过合理的设计、合理的配筋，就能控制裂缝的宽度满足正常使用。

1.2 非结构荷载因素引起的裂缝

钢筋混凝土结构除了由结构荷载作用引起裂缝外，很多是由非结构荷载因素引起的，特别是在水工钢筋混凝土结构中，大部分裂缝是由非荷载因素所引起的。这些因素包括：温度、混凝土收缩、徐变、干湿、冰冻、钢筋锈蚀以及化学反应等。具体来讲包括以下类型：

1.2.1温差裂缝

混凝土内外部温差过大会产生裂缝。对水工结构主要是由于混凝土在硬化过程中水泥水化热引起的混凝土内部温度上升，如果热量不能很快散失，混凝土内部和外部表面的温差过大，使结构内部受压外部受拉产生裂缝。而且，在混凝土凝固后期冷却收缩时，则产生拉应力，且拉应力大于升温膨胀产生的压应力值。当拉应力超过混凝土的极限抗拉应力时，则会在混凝土内部产生裂缝，可能发展成贯穿裂缝，对结构造成极大的破坏。此类裂缝主要发生在大体积混凝土中。

1.2.2温度裂缝

结构构件随着温度的变化会产生变形，即热胀冷缩。当变形受到约束时，就可能产生裂缝，约束的程度越大裂缝就越宽。

1.2.3干缩裂缝

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。水泥砂浆中水分的蒸发会产生干缩。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。干缩裂缝一般发生在混凝土较浅的部位，多沿构件短方向分布，呈平行线状或网状。

1.2.4 塑性收缩裂缝

塑性收缩是指混凝土在凝结之前，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。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、相对湿度等等。

1.2.5坍落裂缝

坍落裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生，并在硬化后停止。其形成原因是浆体在浇捣后发生不均匀沉落，在重力作用下浆体中的固体颗粒向下沉移而水向上浮动。当这种移动受到钢筋骨架或模板约束时，在上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。这种裂缝多出现在混凝土表面，中间宽两头窄，是一种常见的早期裂缝。

1.2.6沉陷裂缝

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所致，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。

1.2.7钢筋锈蚀引起的裂缝

钢筋生锈时，其生成物铁锈的体积大于原钢筋的体积，这种效应在钢筋周围的混凝土中产生胀拉应力，如果混凝土的保护层比较薄而不足以抵抗这种拉应力时，就会沿着钢筋形成一条顺筋裂缝，即而形成恶性循环，最后导致混凝土保护层剥落，甚至钢筋锈断。这种裂缝对结构的耐久性影响极大。

1.2.8化学反应裂缝

化学反应裂缝是由于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。这种裂缝开始时在混凝土表面形成不规则的细小裂缝，然后由表及里发展，裂缝中充满白色沉淀。

2裂缝的防治措施

2.1 注意原材料质量控制

为了保证混凝土的质量，在生产过程中，一定要对混凝土的原材料进行质量检验，全部符合技术性能指标方可应用。应选用水化热较低和凝结时间较长的水泥，如矿渣水泥、大坝水泥或粉煤灰水泥等，严禁使用安定性不合格的水泥。石子表面要粗糙、质地坚硬、级配良好、孔隙率小、无碱性反应。砂采用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较小的中砂。

2.2改善混凝土配合比

尽可能降低水泥用量。在保证混凝土强度的前提下，尽可能降低水泥用量是最可靠的控温措施之一；掺用粉煤灰。掺加粉煤灰主要是为了取代部分水泥，减少水泥用量，降低水化热，同时还可以改善混凝土的和易性；掺加高效减水剂。混凝土掺加高效减水剂一方面使混凝土缓凝，以推迟水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少。另一方面可以降低水灰比，避免水灰比过大产生塑性收缩。

2.3制定良好的施工方案，加强施工过程控制，保证施工质量

施工方案应确定一次浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。采用分层或分块浇筑，加快混凝土散热速度。浇筑时间应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子。如果必须在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制混凝土入模温度。

2.4冷却水降温

在混凝土内部布置冷却水管，混凝土终凝后开始通水冷却降温。通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，缩小内外温差。混凝土终凝后，方可通水循环。

2.5加强养护和表面保护

养护的目的是使混凝土正常硬化，增加强度，不受或少受外界影响。技术关键是设法使混凝土温度级慢慢下降到接近外界气温，缩小降温过程中的温差。以便减小温度应力，阻止裂缝的产生。

3结语

总之，混凝土的裂缝成因是复杂的，其影响因素也很多。裂缝形式多种多样。但对于具体的预防措施意见还是比较多的，有赖于在工程实践中的进一步探索和提高。

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