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水工混凝土常见裂缝产生的原因分析及控制方案探讨

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年6月作者：曹永刚

[导读] 水利工程施工中，混凝土裂缝是常见的混凝土质量问题，作者根据多年的水利工程现场施工经验，就混凝土裂缝的种类，产生的原因及解决方案进行了探讨。

河北省水利工程局集团有限公司曹永刚 050000

摘要水利工程施工中，混凝土裂缝是常见的混凝土质量问题，作者根据多年的水利工程现场施工经验，就混凝土裂缝的种类，产生的原因及解决方案进行了探讨。本文对混凝土产生的原因和解决方案阐述的简单扼要，其观点都是施工中亲身实践的总结体会，对于预防和解决施工中混凝土裂缝，具有较高的借鉴意义，内容具有较高的可读性。
关键词混凝土裂分；混凝土裂缝成因；混凝土裂缝预防措施。
        水利工程施工中，混凝土裂缝是常见的混凝土质量问题，本文根据多年的水利工程现场施工经验，就混凝土裂缝的种类，产生的原因及解决方案进行探讨。混凝土裂缝是混凝土的一种常见病和多发病。多数发生于施工阶段，从裂缝外观可分成微观裂缝和表观裂缝两大类。
        微观裂缝是指肉眼看不到的、混凝土内部固有的一种裂缝，它是不连贯的，宽度一般在0.05mm以下，这种混凝土本身固有的微观裂缝，在荷载不超过设计规定的条件下，一般视为无害，本文不做深入探讨。
表观裂缝是宽度在0.2mm以上，不借助任何仪器肉眼可以直接观察到的裂缝，表观裂缝可简单归纳为以下几种：
        ⑴收缩裂缝：在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起混凝土收缩而产生的裂缝。多为规则的条状，很少交叉。常发生在结构变截面处，往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积混凝土中，梁、板、柱等小块体构件，特别是预应力构件极少产生收缩裂缝。混凝土收缩裂缝危害较大，尤其是暴露在大气中的构筑物，影响更大。如不加以防止，可能会造成严重后果。
        ⑵超载裂缝：混凝土构件超荷载使用时，造成变形、失稳或因疲劳等原因产生裂缝。一般均发生在构件受弯矩最大的部位，成条状，但分布不象收缩裂缝那样均匀，扩展方向也相反，一般沿受力钢筋垂直方向或斜向发展。产生超载裂缝的原因，往往是施工阶段在构件上不适当地施加施工荷载或者是上部建筑过早施工。另外，温度应力影响也是原因之一。
        ⑶沉降裂缝：因地基差异沉降或构件接合不良、剪应力超过设计强度而产生的一种混凝土裂缝，多见于填土地基、桩基沉降不均匀的各种基础与墙体。这种裂缝一般与地面垂直，或成30°~40°角方向发展，宽度因荷载大小而异，与成降值成比例。沉降裂缝危害极大，并且极难处理。因此必须在设计上采取有效措施，施工、使用中也要加强观测、监视。
        ⑷龟裂裂缝：施工阶段因配料、搅拌、浇筑、养护等各环节的操作不当均能产生，其中以养护环节为关键。裂缝成龟壳状或散射状，无规律，长度、宽度也不一致。
        ⑸疏松裂缝：混凝土浇筑时因下料不均，致使混凝土材料离析，或因漏振、过振而产生的疏松状态裂缝。如果它延续到混凝土表面，容易发现，如果只产生在混凝土内部，则不能直接表现出来。这种疏松带长度不等，视下料或振捣情况而异。
        (6)温度混凝土裂缝：一般是由于外界温度变化，使混凝土产生胀缩变形，这种变形即为温度变化，当混凝土构件受到约束时，将在混凝土构件内产生应力，当由此产生拉应力超过抗拉强度极限值时，便产生温度混凝土裂缝。
        (7)水热化混凝土裂缝:一般多在大体积混凝土或高强混凝土浇筑过程中，由于混凝土水化热很高土内部温度与混凝土表面温度以及外部环境温度相差较大，加之有约束的存在水化热裂缝。
混凝土裂缝产生的成因很多，但可以主要归纳为以下几点：
        ⑴混凝土的收缩，收缩是混凝土的一个主要特性，对混凝土的性能有很大影响。由于收缩而产生的微观裂缝一旦发展，则有可能引起结构物的开裂、变形甚至破坏。
        ⑵温度应力，混凝土内的水泥在水化反应中散出大量热量，使混凝土升温，并与外部气温形成一定的温差，从而产生温度应力。其大小与温差有关，并直接影响到混凝土的开裂及裂缝宽度。

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        ⑶配筋不足，从实践中观察到，配筋间距大，配筋率小的混凝土结构开裂多，无筋混凝土比有筋混凝土开裂多。
        ⑷混凝土材料及配合比，配合比设计不当直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素是互相关联的。有关试验资料显示：用水量不变时，水泥用量每增加10%，混凝土收缩增加5%;水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%，混凝土与钢筋的粘结力降低10%。
        ⑸养护条件，养护是使混凝土正常硬化的重要手段。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下，混凝土硬化正常，不会开裂，但只适用于试块或是工厂的预制件生产，现场施工中不可能拥有这种条件。但是必须注意到，现场混凝土养护越接近标准条件，混凝土开裂可能性就越小。
        ⑹施工质量，混凝土浇筑施工中，振捣不均匀，或是漏振、过振等情况，会造成混凝土离析、密实度差、降低结构的整体强度。混凝土内部气泡不能完全排除时，裂缝在钢筋表面泡则降低了混凝土与钢筋的粘结力。钢筋若受到过多振动，则水泥浆在钢筋周围密集，也将大大降低粘结力。这些因素都会造成混凝土较大的收缩，致使混凝土微观裂缝迅速扩展，形成表观裂缝。
        根据混凝土裂缝成因，采取适当控制措施进行预防要比事后补救有效的多。也就是说采取以防为主的方法，归纳起来，可以从以下几个方面着手控制：
        ⑴设计，在设计上要注意到那些容易开裂的部位，如深基与浅基、高低跨处等，应考虑到由于地基的差异沉降或结构原因而引起的薄弱环节，在设计中加以解决。在构件截面允许、配筋率不变而且浇筑方便的条件下，钢筋直径越细、间距越小则对预防开裂越有利。
        ⑵施工方案，良好的施工方案与预防、控制裂缝有很大的关系。施工方案主要应确定一定浇筑量、施工缝间距、位置及构造、浇筑时间、运输及振捣等。一次浇筑长度由垂直施工缝分割，最好是设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。除控制一次浇筑厚度外，分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意，一般来说，因尽量留在变截面处，或远离受拉钢筋部位而设在砼的受压区，确定浇筑时间的原则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。
        ⑶施工质量，由于施工质量原因而产生的裂缝发生率在95%以上。如果在施工阶段控制住了裂缝，则在使用阶段开裂的可能性就很小了。因此，施工阶段是裂缝预防的主要阶段，在施工阶段要注意以下几个问题：首先混凝土要有合适的配合比，选择合适的配合比，不仅要满足强度要求、施工要求，还要从防止产生裂缝的需要出发。适当地选择好水灰比，在满足强度要求的原则下，尽可能减少水泥用量。其次确保混凝土原材的质量，如骨料的级配含泥量和水泥的品质等严格按规范控制，第三钢筋的成型和模板安装位置要准确、牢固，以免施工中变形。钢筋上的污物和氧化铁皮要清除，以免影响粘结力
        ⑷养护，养护的目的是使混凝土正常水化，及通过人为措施为混凝土水化反应创造良好的条件，不受或少受外界影响，其实简单一句话就是控温保湿，及在保证混凝土水化反应所需温度的同时设法减小混凝土内外温差，以便减小温度应力，阻止裂缝的产生。常规养护方法是喷水，对一般混凝土结构，减小表面收缩，防止龟裂是可行的。大体积混凝土由于块体内温度不易释放，可以采用埋管通水降温法，冬季保温可以采用暖棚或覆盖等保温措施，保湿既可以采用洒水也可以采用覆盖等措施，只要能保持混凝土养护期表面湿润就可以了，养护期应以混凝土终凝开始，最少养护到混凝土强度达到设计强度的80%时以上停止。
成品保护，需承重或有吊装要求的混凝土梁板或构件应在达到设计承重强度或吊装强度后再拆模承重加、吊装或进行下一步施工避免混凝土构筑物提前受载。
参考文献：
1、于小伟水利施工中混凝土裂缝的分析和控制黑龙江水利科技，2017，45（12）：80-81+89.
2、戈瑞水利工程施工中混凝土裂缝控制技术分析工程建设与设计，2017（21）：215-217.