引言

混凝土外觀質(zhì)量的好壞直接反映了其組成材料的品質(zhì)、施工工藝水平的高低、施工環(huán)境的影響、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想等。因此，水工混凝土單元質(zhì)量評(píng)定把混凝土外觀檢查內(nèi)容列入評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中，可見(jiàn)其重要性。裂縫是水工混凝土外觀質(zhì)量檢查與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容之一，分為表面裂縫、深層及貫穿裂縫兩個(gè)方面。本文探討了水工混凝土裂縫的成因及防治措施。

1 幾種常見(jiàn)裂縫的破壞特征

圖1幾種常見(jiàn)裂縫的破壞特征

（a）鋼筋腐蝕裂縫（b）塑性收縮裂縫（c）硫酸鹽腐蝕裂縫（d）堿骨料反應(yīng)裂縫

2 水工混凝土裂縫的成因分析

水工混凝土裂縫的成因非常復(fù)雜，影響因素眾多，從內(nèi)因上講，有原材料的質(zhì)量不合格、混凝土的配合比及其均勻性欠佳、水化熱溫升、自身體積變形及其熱學(xué)、力學(xué)性能達(dá)不到抗裂能力的要求；有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成過(guò)大的應(yīng)力集中；分縫分塊不恰當(dāng)，難以承受外界條件和荷載的影響等。從外因上講，有溫、濕度等環(huán)境變化；有基礎(chǔ)、老混凝土的約束；有基礎(chǔ)不均勻沉陷和外荷超載等。當(dāng)然裂縫的產(chǎn)生往往是以某種因素為主、在多種不利因素綜合作用下的結(jié)果。下面將針對(duì)主要方面進(jìn)行分析。

2.1溫度變化

水工混凝土溫度裂縫的主要原因如下：

(1)水泥水化熱的影響。水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，這是水工混凝土內(nèi)部熱量的主要來(lái)源?；炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部截面和體積龐大，加上混凝土導(dǎo)熱性能差，水化產(chǎn)生的熱量聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，使得內(nèi)部溫度很高，而混凝土表面熱量散失快，因而在混凝土內(nèi)部與外部形成一個(gè)溫度梯度。由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度不一導(dǎo)致膨脹變形不一，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力、結(jié)構(gòu)外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)外溫差過(guò)大，超過(guò)20~25℃時(shí)，表層混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度。

(2)外界氣溫變化。當(dāng)晝夜溫差較大或者氣溫聚降時(shí)也可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外形成較大溫度梯度，導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生。

(3)基礎(chǔ)約束。由于混凝土大壩基礎(chǔ)大多為彈性模量較大的堅(jiān)硬巖石，底板受到來(lái)自基礎(chǔ)較大的外部約束。新澆底板混凝土水化升溫產(chǎn)生體積膨脹變形，由于受到基礎(chǔ)的約束產(chǎn)生壓力，這時(shí)由于早期混凝土彈性模量小，徐變度大，還處于塑性階段，壓應(yīng)力很快被松馳掉。混凝土水化作用減弱后，溫度下降，由于基礎(chǔ)對(duì)混凝土降溫引起的收縮的約束，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，底板便會(huì)出現(xiàn)裂縫。

2.2干燥收縮

混凝土的干縮濕脹是由于混凝土中水分變化而引起的。當(dāng)混凝土長(zhǎng)期在水中硬化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微小膨脹；當(dāng)混凝土在空氣中硬化時(shí)，由于水分蒸發(fā)，水泥石中的凝膠體逐漸收縮，從而使混凝土產(chǎn)生干縮。這個(gè)過(guò)程是由表及里逐步發(fā)展起來(lái)的，因而濕度變化是不均勻的，收縮應(yīng)力也是不同的，當(dāng)表面拉應(yīng)力超過(guò)一定值時(shí)，引起表面開(kāi)裂。

2.3鋼筋銹蝕和堿骨料反應(yīng)

鋼筋銹蝕和堿骨料反應(yīng)裂縫都是混凝土發(fā)生脹裂的結(jié)果，但使混凝土中產(chǎn)生脹拉應(yīng)力的原因不同。

鋼筋的生銹過(guò)程實(shí)際上是電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其生成物氫氧化鐵的體積大于原鋼筋的體積，一般鐵銹的體積會(huì)增大2～4倍。這種效應(yīng)在鋼筋周圍的混凝土中產(chǎn)生脹拉應(yīng)力，如果混凝土的保護(hù)層比較薄，不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，就會(huì)沿著鋼筋形成一條順筋裂縫。順筋裂縫的發(fā)生，又進(jìn)一步促進(jìn)鋼筋銹蝕加劇，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，甚至鋼筋銹斷，危害極大。

堿骨料化學(xué)反應(yīng)是指混凝土空隙中的堿性溶液與活性骨料化學(xué)反應(yīng)生成堿——硅酸凝膠，該物質(zhì)溶水后產(chǎn)生膨脹，使混凝土脹裂。堿骨料反應(yīng)裂縫形貌及分布與鋼筋約束有關(guān)，當(dāng)約束力很小時(shí)，常出現(xiàn)地圖狀裂縫；當(dāng)約束力強(qiáng)時(shí)，則出現(xiàn)順筋裂縫。

2.4 構(gòu)件超載及基礎(chǔ)不均勻沉降

構(gòu)件在超出設(shè)計(jì)的均布荷載或集中荷載作用下產(chǎn)生內(nèi)力彎矩，出現(xiàn)垂直于構(gòu)件縱軸的裂縫，構(gòu)件在較大剪力作用下，產(chǎn)生斜裂縫，并從下往上延伸。此外，基礎(chǔ)不均勻沉降使結(jié)構(gòu)變形也會(huì)引起裂縫。

2.5混凝土凍融破壞

在水飽和或潮濕狀態(tài)下，由于溫度正負(fù)變化，混凝土內(nèi)部孔隙水結(jié)凍膨脹，融解松弛，產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，造成混凝土開(kāi)裂，在反復(fù)凍融循環(huán)作用下，混凝土中的裂縫相互貫通，使混凝土產(chǎn)生由表及里逐漸剝蝕的破壞現(xiàn)象。

水工混凝土凍融破壞通常發(fā)生在水位變化區(qū)內(nèi)，裂縫較長(zhǎng)，起皮剝落，隨著凍融次數(shù)增加，剝落深度增加。通常破壞過(guò)程如下：起初，混凝土表面的水泥微晶體脫落，留下砂粒，呈麻面狀態(tài)；繼之是砂粒脫落，露出粗骨料，混凝土表面呈蜂窩狀態(tài)；第三步是粗骨料脫落，混凝土表面呈狗洞狀態(tài)；第四步鋼筋銹蝕折斷于邊墻、頂板和底板漏水，隔墻穿透，直至建筑物崩塌破壞。

3 水工混凝土裂縫的防治措施

針對(duì)上述水工混凝土裂縫的主要原因分析，擬采取以下防治措施：

（1）為控制混凝土的溫度裂縫，施工中采取的溫控措施主要有：選用特種或低熱42．5普通硅酸鹽水泥；摻入粉煤灰、高效減水劑和緩凝劑，減少單位水泥用量以達(dá)到減少水化熱的目的；預(yù)冷骨料；采用低溫水拌和混凝土；高溫季節(jié)混凝土澆筑倉(cāng)面搭設(shè)遮陽(yáng)棚并進(jìn)行噴霧降溫，盡可能避免在中午高溫時(shí)段澆筑混凝土；對(duì)于大體積水工混凝土采用合理的分縫、分塊澆筑措施、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等。

（2）影響混凝土干縮率的主要因素是用水量，施工中應(yīng)盡量減少單位用水量，降低水灰比，采用較大粒徑的骨料及較好的級(jí)配，減少于縮裂縫的產(chǎn)生。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，使水泥充分水化，水泥石中晶體增多，膠體減少，可使干縮減小，且延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)期，使混凝土的強(qiáng)度增大。在防裂要求較高的工程中，可以采用養(yǎng)護(hù)劑，主要目的是減少水分的蒸發(fā)，以保證混凝土的正常水化。它是在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑形成薄膜，以防止水分蒸發(fā)，在混凝土表面失去水的光澤后立即噴涂。除此之外，合理地設(shè)置伸縮縫；改善水泥性能，水泥用量不宜過(guò)高；配筋率不宜過(guò)高，設(shè)置構(gòu)造鋼筋使收縮裂縫分布均勻，避免發(fā)生集中的大裂縫。

（3）由于鋼筋銹蝕是氧化反應(yīng)，氧化是產(chǎn)生銹蝕的必要條件，因此采取提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性，適當(dāng)加大保護(hù)層的厚度，在混凝土表面噴涂或涂刷聚合水泥砂漿、瀝青、環(huán)氧樹(shù)脂等防腐層；采用耐腐蝕鋼筋，合理選用混凝土原材料，避免使用堿骨等措施，均能收到明顯效果。

堿骨料化學(xué)反應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響很大，為控制堿骨料的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)骨料和低含堿量的水泥以及中性拌和水，并應(yīng)提高混凝土的密實(shí)度和采用較低的水灰比。

（4）基礎(chǔ)不均勻沉降解決方法有減輕結(jié)構(gòu)自重、控制施工程序、改善結(jié)構(gòu)形式等。單純提高結(jié)構(gòu)剛度來(lái)抵抗不均勻沉降，其結(jié)果是結(jié)構(gòu)自重增大，柔韌性變小，適應(yīng)不均勻沉降能力隨之變?nèi)?。在工程?shí)踐中，對(duì)持不均勻沉降應(yīng)采取“抗”(以整體剛性抵抗變形)、“放”(分縫和增強(qiáng)柔韌性來(lái)適應(yīng)變形)兼施，以“抗”為主的方針。

（5）低溫季節(jié)施工，要注意抵御寒潮襲擊，表面覆蓋塑料薄膜與麻袋作為保溫材料，其中塑料薄膜除了保溫作用外，對(duì)混凝土還具有明顯的保濕效果，只要覆蓋時(shí)幅間搭接嚴(yán)密，薄膜與混凝土表面可以長(zhǎng)時(shí)間的保持濕潤(rùn)狀態(tài)，這對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)極為有利。

參考文獻(xiàn)：

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