水工混凝土裂縫成因及處理

施養鑫

（建始縣四十二壩水庫管養所，湖北 恩施 445300）

1 水工混凝土裂縫種類

微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫。混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩定發展所致。混凝土容易產生裂縫的特性,是長期困擾著工程技術人員的難題。作者根據自己多年的施工經驗,總結了水工建筑物的混凝土裂縫主要有以下幾種:

（1）超載裂縫。即混凝土構件超載使用時,造成變形、受力不均等原因產生的裂縫,一般均發生在構件受力彎矩最大的部位,成條狀,但分布不像收縮裂縫那樣均勻,擴展方向也相反,一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發展。產生超載裂縫的原因,往往是在施工中構件上受到了不適當的施工荷載或者上部建筑物過早施工。

（2）沉降裂縫。即因地基差異沉降或構件結合不良、剪應力超過設計強度而產生的一種混凝土裂縫,多見于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎與墻體。這種裂縫一般與地面垂直,或成30°~40°角方向發展,寬度因荷載大小而異,與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大,并且很難處理。因此在設計上必須采取有效措施,在先期探測、施工和使用過程中斗要加強觀測和巡視。

（3）收縮裂縫。混凝土微觀裂縫一般肉眼看不到,它是內部固有的一種裂縫,也是不連貫的。寬度在0.05mm以下這種混凝土本身固有的微觀裂縫,在荷載不超過設計規定的情況下視為無害。但宏觀裂縫則要認真分析判斷其形式。宏觀裂縫一般則認為是寬度大于0.05mm以上的裂縫。收縮裂縫:即在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起混凝土收縮而產生的裂縫。收縮裂縫多為規則的條狀,很少交叉,常發生在結構的變截面處,往往與受力鋼筋平行。這種裂縫多發生在大體積的混凝土和梁、板、柱等塊體構件,危害較大,尤其是暴露在大氣中的構筑物影響更大。如不加以防止,很可能會造成嚴重后果。

（4）溫度裂縫。溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。溫度裂縫的走向通常無一定規律,大面積結構裂縫常縱橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現,中間較密。裂縫寬度大小不一,受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細,而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

（5）化學反應引起的裂縫。堿骨料反應裂縫和鋼筋銹蝕引起的裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。混凝土拌和后會產生一些堿性離子，這些離子與某些活性骨料產生化學反應并吸收周圍環境中的水而體積增大，造成混凝土酥松、膨脹開裂。由于混凝土澆筑、振搗不良或者是鋼筋保護層較薄，有害物質進入混凝土使鋼筋產生銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，導致混凝土脹裂，此種類型的裂縫多為縱向裂縫，沿鋼筋的位置出現。

2 預防混凝土裂縫的方法

（1）設計方面。在設計上要注意到那些容易開裂的部位,如深基與淺基、高低跨處等,應考慮到由于地基的差異沉降或結構原因而引起的薄弱環節,在設計中加以解決。在構件截面允許、配筋率不變而且在澆筑方便的情況下,鋼筋直徑越細、間距越小則對預防開裂越有利。

（2）施工方案與預防方面。采取良好的施工方案與預防措施,對控制混凝土裂縫著很大的關系。施工方案主要應確定一定的澆筑量,施工縫間距、位置及構造、澆筑時間、運輸及振搗等。一次澆筑長度由垂直施工縫分割,最好是設置在變截面處或承受拉、剪、彎應力較小的部位。除控制一次澆筑厚度外,分層位置即水平施工縫設留位置也應加以注意。一般來說,應盡量留在變截面處,或遠離受拉鋼筋部位而設在混凝土的受拉區,確定澆筑時間的原則應盡量避開炎熱天氣和晝夜溫差大的日子。如果必須在夏季施工,則應采取材料降溫措施來控制混凝土入模溫度。

（3）施工質量方面。由于施工質量原因而產生的裂縫發生率在95%以上,如果在施工階段控制住了裂縫,則在使用階段開裂的可能性也就小了。因此,施工階段是裂縫預防的主要階段,在施工階段要注意以下幾個問題:混凝土要有合適的配合比,選擇合適的配合比,不僅要滿足強度要求、施工要求,還要考慮從防止產生裂縫的需要出發。適當的選擇好水灰比,在滿足強度的原則下,盡可能減少水泥用量。鋼筋的成型和模板安裝位置要準確、牢固,以免施工中發生變形。鋼筋上的污物和氧化層要清除,以免影響黏結力。澆筑和振搗操作要合理,特別是振搗操作技術往往不被人們所重視。振搗不足就無法保證混凝土應有的密實度,過分的振搗則對水泥混凝土均勻有害,要恰到好處。

（4）養護方面。養護的目的是使混凝土正常硬化,強度增長,不受或少受外界影響。關鍵是設法使混凝土溫度慢慢下降到接近外界氣溫,縮小降溫過程的溫差。以便減小溫度應力,盡量防止裂縫的產生。常規的養護方法是噴水,對一般混凝土結構,減少表面收縮,防止龜裂是可行的。大體積混凝土由于塊體內外溫度不一致,強度增長不同,常常是在強度增長慢的表面開裂,其養護就不能只滿足于常規方法。具體說,盡量晚拆模,拆模后要立即覆蓋或及時回填,避開外界氣候的影響,養護期應以混凝土強度增長最快的階段為準,即7～28d,時間增加幾天效果更好。

3 混凝土裂縫的處理方法

混凝土裂縫的修補措施主要有以下一些方法：表面修補法，灌漿、嵌逢封堵法，結構加固法，混凝土置換法，電化學防護法以及仿生自愈合法。

（1）表面修補法。表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，它主要適用于穩定和對結構承載能力沒有影響的表面裂縫以及深進裂縫的處理。通常的處理措施是在裂縫的表面涂抹水泥漿、環氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護的同時為了防止混凝土受各種作用的影響繼續開裂，通常可以采用在裂縫的表面粘貼玻璃纖維布等措施。

（2）灌漿、嵌逢封堵法。灌漿法主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補，它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。常用的膠結材料有水泥漿、環氧樹脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化學材料。

嵌縫法是裂縫封堵中最常用的一種方法，它通常是沿裂縫鑿槽，在槽中嵌填塑性或剛性止水材料，以達到封閉裂縫的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯膠泥、塑料油膏、丁基橡膠等等；常用的剛性止水材料為聚合物水泥砂漿。

（3）結構加固法。當裂縫影響到混凝土結構的性能時，就要考慮采取加固法對混凝土結構進行處理。結構加固中常用的主要有以下幾種方法：加大混凝土結構的截面面積，在構件的角部外包型鋼、采用預應力法加固、粘貼鋼板加固、增設支點加固以及噴射混凝土補強加固。

（4）混凝土置換法。混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿。

（5）電化學防護法。電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土所處的環境狀態，鈍化鋼筋，以達到防腐的目的。陰極防護法、氯鹽提取法、堿性復原法是化學防護法中常用而有效的三種方法。這種方法的優點是防護方法受環境因素的影響較小，適用鋼筋、混凝土的長期防腐，既可用于已裂結構也可用于新建結構。

（6）仿生自愈合法。仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法，它模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土的傳統組分中加入某些特殊組分（如含粘結劑的液芯纖維或膠囊），在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土出現裂縫時分泌出部分液芯纖維可使裂縫重新愈合。

4 結語

裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低建筑物的抗滲能力，影響建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑物的承載能力，因此要對混凝土裂縫進行認真研究、區別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，保證建筑物和構件安全、穩定地工作。