水工混凝土结构裂缝种类\成因\控制及处理方法简介

摘要：文介绍了水工混凝土结构或构件裂缝种类以及如何在设计、施工及使用阶段控制，对不可避免的裂缝处理

关键词：缝种类、成因、控制及处理

1、引言

水利工程建筑物大都采用混凝土建筑结构，然而水工建筑物的建造和使用过程中，出现裂缝而影响工程质量甚至导致结构垮塌的报道屡见不鲜。如果设计和施工在过程控制中采取一定的措施，很多结构或构件裂缝是可以克服和控制的。为进一步加强对混凝土结构裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的裂缝，本文对混凝土裂缝的种类和产生的原因作简单的分析，并总结出控制及处理方法，以便设计、施工、监理参考。

2 、裂缝分类及成因

水工混凝土结构裂缝大致可分为：结构裂缝、温度裂缝、收缩裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、材料质量引起的裂缝、施工质量引起的裂缝等。

2.1结构裂缝

2.1.1设计阶段：计算结构存在偏差或配筋有误，结构安全系数不够。

2.1.2施工阶段：未按照设计及有关规定进行正常施工，对重点部位及隐蔽工程未做到严格控制。

2.1.3使用阶段：超大载荷的机械搬运安置过程中的接触、撞击等。

2.1.4其它因素：在结构体中凿洞、开槽，严重影响结构体的应力分布，导致受力钢筋超出拉伸范围出现裂缝等。

2.2温度裂缝

混凝土硬化期间水泥释放出大量水化热，结构体内部温度不断上升，在表面产生应力。后期降温过程中，受到约束因素较多，混凝土内部应力不均。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力，当温度应力超过其它外荷载所引起的应力时即会出现裂缝。

2.3收缩裂缝

常见的混凝土收缩裂缝种类分：塑性收缩，缩水收缩（干缩），自生收缩，炭化收缩。

2.3.1塑性收缩: 施工过程中混凝土浇筑后4～5小时左右，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水份急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，此时混凝土尚未硬化形成塑性收缩。

2.3.2缩水收缩（干缩）: 混凝土硬化以后，随着表层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩。配筋率较大的构件（超过3%），混凝土表面容易出现龟裂裂纹。

2.3.3自生收缩: 自生收缩是混凝土在硬化过程中，水泥与水发生水化反应，普通硅酸盐水泥混凝土

为正收缩，如矿渣水泥混凝土与粉煤灰水泥混凝土为负收缩（即膨胀）。

2.3.4炭化收缩: 大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩只有在湿度50%左右才能发生，且随二氧化碳的浓度的增加而加快。

2.4钢筋锈蚀引起的裂缝

混凝土保护层受二氧化碳或其他酸性物质侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀体积比原来增长2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，严重结果会导致结构破坏。

2.5冻胀引起的裂缝

气温低于0℃时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力，同时过冷水迁移和重分布引起渗透压，使膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最为严重，强度损失可达30%~50%。骨料中含泥土等杂质过多，混凝土水灰比偏大、振捣不密实，养护不当使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土冻胀裂缝。

2.6材料质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、粗细骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可导致其结构出现裂缝。

2.6.1水泥

①水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标，氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥，使混凝土强度下降。②水泥出厂时强度不足，受潮或过期，使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。③当水泥含碱量较高（超过0.6 %），同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应。

2.6.2砂、石骨料

①砂石的粒径、级配、杂质含量。②砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥及拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大。

2.6.3拌和水及外加剂

拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

2.7施工质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生各种裂缝，比较典型常见的有。

2.7.1混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

2.7.2混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点；混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。

2.7.3混凝土搅拌、运输时间过长，水份蒸发过多或混凝土初期养护时较为干燥，引起混凝土塌落度过低，产生收缩裂缝。

2.7.4泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

2.7.5混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理差，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。

2.7.6施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝；施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。2.7.7混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

2.7.8施工质量控制差，任意套用混凝土配合比，水、砂石及水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。

3、裂缝的控制措施

3.1设计方面

3.1.1设计应处理好约束状态下及完全处于自由变形无约束状态下的结构，要留有足够的变形余地，为防止裂缝所采取的有力措施。

3.1.2设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。

3.1.3积极采用补偿收缩混凝土技术，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。

3.1.4设计人员应重视对于构造钢筋的配置，特别对于桥面、涵闸墙板等薄壁构件更应注意构造钢筋的直径和数量的选择。

3.1.5对于大体积混凝土，建议在设计中考虑采用60天龄期混凝土强度值作为设计值，以减少混凝土单方用灰量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。

3.2材料选择和混凝土配合比设计方面

3.2.1根据结构要求选择合适的混凝土强度等级及水泥品种、等级。

3.2.2选用级配优良的砂、石原材料，含泥量应符合规范要求。

3.2.3合理有效采用掺合料和混凝土外加剂。

3.2.4正确掌握好混凝土补偿收缩技术的运用方法。对膨胀剂应充分考虑到不同品种、不同掺量所起到的不同膨胀效果，应通过大量的试验确定膨胀剂的最佳掺量。

3.2.5配合比设计人员应深入施工现场，依据施工现场的浇捣工艺、操作水平、构件截面等情况，合理选择好混凝土的设计坍落度，针对现场的砂、石原材料质量情况及时调整施工配合比，协助现场搞好水工建筑物结构或构件的养护工作。

3.3现场操作方面

3.3.1浇捣工作：浇捣时振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，应避免过振或漏振，提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水份和气泡。

3.3.2养护：新浇混凝土的早期养护极为重要，为保证其在早期尽可能减少收缩，主要是控制好构件的湿润养护，大体积混凝土，有条件时宜采用蓄水或流水养护，养护时间为14～28天。

3.3.3降温和保温工作：对于大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题，采取必要的降温措施，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。

3.3.4其他方面：避免在雨中或大风中浇灌混凝土；对于地下结构混凝土，尽早回填土，对减少裂缝有利；夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温立模、低温养护，以降低混凝土原材料温度。

4、裂缝处理

建筑物从建成到使用，牵涉到设计、施工、监理及运营管理等各个方面。由于设计疏漏、施工低劣、监理不力，均可能使混凝土结构出现裂缝。因此，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡查和管理，及时发现和立即处理，也是相当重要的一个环节。混凝土裂缝的处理主要有以下方法。

4.1表面处理法

表面处理法分表面涂抹和表面贴补法，表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝；表面贴补土工膜或其它防水片适用于大面积漏水的蜂窝麻面或不易确定具体漏水位置、变形缝的防渗堵漏。

4.2填充法

用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝（0.3mm），作业简单，费用低。宽度小于0.3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开“Ｖ”型槽，然后作填充处理。

4.3灌浆法   

此法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，事实证明处理效果好。

4.4结构补强法

因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成的裂缝等影响结构强度可采取结构补强法，包括断面补强法、锚固补强法、预应力法等。

5、 结论

综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合，才能有效的控制及避免。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。

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