混凝土水池裂縫產生原因與對策①

謝慶紅+于小娟+朱秀華

摘 要：裂縫直接影響混凝土結構的使用性能和耐久性，實際工程中水池經常發生裂縫病害。分析了混凝土水池產生裂縫的原因，并從原材料、設計、施工、使用等方面提出應對措施。

關鍵詞：混凝土水池 裂縫 設計 施工

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0109-01

混凝土結構在建造和使用期間，因為材料質量、施工工藝、環境條件和荷載作用等都可能使結構表面出現裂縫[1]。裂縫的存在和發展會引起鋼筋銹蝕、保護層剝落，降低結構的承載力、剛度、耐久性及抗滲能力，影響其使用性能和壽命，盛放有毒有害的化工品水池泄露后還會引起環境污染。

1 混凝土裂縫產生原因

1.1 結構裂縫

（1）設計不合理引起的裂縫。構造不合理引起裂縫，如截面突變產生的應力集中引起構件裂縫；沒按要求設置伸縮縫而引起的裂縫；保護層厚度太厚而引起裂縫。鋼筋配置不合理引起的裂縫，如鋼筋強度等級低，配筋率不滿足規范要求，鋼筋直徑、間距選擇不合理等。

（2）荷載作用引起的裂縫。混凝土沒有達到設計強度前充水受荷或其他外部荷載引起的水池裂縫。

（3）地基的不均勻沉降引起池底及池壁裂縫的出現。

1.2 收縮裂縫

從相關研究資料和工程實例分析，收縮裂縫在所有裂縫中所占比例非常大。常見的收縮裂縫有：

（1）硬化前塑性變形裂縫。由于施工過程中振搗不充分或模板變形而導致混凝土在硬化前產生變形而引起的裂縫。

（2）干縮裂縫。由于混凝土表面干燥失水而引起的混凝土表面裂縫，多出現在混凝土表面，無規律性。

（3）化學收縮裂縫。混凝土在強度增長過程中水泥水化反應引起混凝土體積收縮而產生的收縮裂縫。

（4）溫度收縮裂縫。通常由環境溫度降低，混凝土養護過程中內部水化熱引起的內外溫差，使用過程中內外池壁的壁面溫差等原因引起。

（5）齡期差收縮裂縫。若混凝土施工中留設施工縫且施工間隔過長，因先澆筑的混凝土已經完成大部分收縮，會約束后澆筑混凝土的收縮而在后澆筑混凝土中產生裂縫。裂縫垂直于施工縫，間距均勻，長度較短，靠近施工縫處較寬。

（6）碳化收縮裂縫。結構周界的環境介質中所含的酸性物質，如CO2，SO2，HCL等滲透到混凝土表層區域，與水泥石堿性物質發生反應，引起混凝土表面體積收縮，裂縫呈花紋狀，無規律性，一般較淺。

1.3 膨脹裂縫

（1）堿骨料反應裂縫，混凝土骨料中的活性礦物與孔隙中的堿性溶液之間發生化學反應，體積膨脹，導致混凝土開裂和強度下降，一般發生在混凝土凝固數年后，可遍及混凝土全體，很難阻止和修補。

（2）化學腐蝕，環境中侵蝕性物質滲入混凝土內部與相關成分發生物理作用和化學反應后，使混凝土腐蝕，逐漸發生脹裂和剝落，從而造成鋼筋腐蝕、結構失效。

（3）鋼筋銹蝕裂縫

若裂縫、腐蝕、碳化等達到鋼筋所在位置時引起鋼筋銹蝕，銹蝕的鋼筋體積膨脹，引起混凝土表面順筋方向開裂、保護層剝落。鋼筋銹蝕后加劇裂縫開展，最終結構失效。

2 混凝土裂縫控制對策

2.1 原材料選取

原材料特別是混凝土的選用對水池的裂縫控制起重要作用。①配比設計上應減少單方混凝土水泥用量、控制水膠比、提高粗集料含量、采用摻合料、使用減水劑等外加劑，以控制混凝土收縮；混凝土總堿含量不超過3kg/m3，以控制堿骨料反應的發生。②水泥膠凝材料尤其是水泥性能直接決定了混凝土材料的抗裂性能[2]，宜采用保水性、抗碳化性能較好的普通硅酸鹽水泥。③粗集料應選用級配合理、粒形良好、線脹系數小的潔凈非活性骨料，以減小混凝土收縮及堿骨料反應。④細集料宜采用含泥量少、級配合理的中粗砂。

2.2 設計方面

在結構設計方面，重視正常使用極限狀態驗算、構造設計及構造配筋的作用[3]。①注重構造。避免池壁截面突變；對薄弱部位，適當增加一些構造鋼筋，作局部增強處理；選擇合理的保護層厚度。②進行混凝土拉應力和最大裂縫寬度驗算；滿足配筋率要求，鋼筋配置遵循“小直徑，小間距”有利于抗裂的原則。③對防腐要求高的水池要設置防腐層，對池內外溫差大的水池要設置保溫層以控制溫度裂縫[4]。④必要時可采用預應力混凝土結構以控制池壁裂縫。

2.3 施工方面

施工控制對混凝土水池裂縫控制起到關鍵作用。①合理安排施工工藝。施工溫度選擇在氣溫較低時進行，以混凝土升溫膨脹補償其收縮變形；合理設置后澆帶以減少收縮變形和裂縫；留設施工縫時，注意控制施工齡期差，一般不超過7天，防止出現齡期差收縮裂縫。②模板支架系統要有足夠的強度、剛度和穩定性，避免施工過程中發生位移引起混凝土內部及表面硬化前塑性變形裂縫。必要時可在鋼模表面粘貼透水模板布以降低混凝土表面水膠比、提高表面抗裂強度、抗凍性，同時使滲透性、碳化深度和氯化物擴散系數也顯著降低[5]。③要按設計配比拌制混凝土、控制水膠比、坍落度、和易性；要分層澆筑、分層振搗，保整振搗質量，達到外光里實；到做好施工縫、穿墻埋件等局部構造處理，按要求規范施工止水帶、止水片，防止局部裂縫和滲漏；做好混凝土收面工作，必要進行時二次振搗、二次抹面，防止混凝土表面干縮裂縫出現。④及時、有效的對施工完的混凝土進行養護。在混凝土初凝前后開始養護，用濕養生布、麻袋或塑料薄膜覆蓋防止混凝土表面失水引起干縮裂縫；終凝后按正常養護要求，保持混凝土表面濕度、溫度，根據需要養生7～15 d。⑤按要求施工防水層、防腐層和保溫層，防止其失效引起水池滲漏。⑥對預應力水池，當混凝土達到設計和規范要求強度后方可張拉預應力鋼筋，防止混凝土出現裂縫。

2.4 使用方面

混凝土達到設計強度等級后水池才能蓄水，防止出現荷載裂縫。

3 結語

混凝土裂縫問題是項技術難題，長期困擾工程界，裂縫直接影響混凝土結構的使用性能和耐久性。混凝土水池裂縫產生原因復雜，這就要求在原材料選擇、工程設計、工程施工和使用等環節都要采取相應措施來控制裂縫，保證結構安全使用。

參考文獻

[1] 過鎮海，時旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2] 王乾峰.高性能混凝土裂縫控制研究綜述[J].混凝土，2013（5）：119-123.

[3] SH/T 3132-2002，石油化工鋼筋混凝土水池結構設計規范[S] .

[4] 胡金旭，朱向軍.鋼筋混凝土水池溫度裂縫的分析及碳纖維加固處理[J].工業建筑，2011（8）：130-133.

[5] 劉津明.透水模板布對混凝土性能影響的試驗研究[J].施工技術，2006（8）：81-83.endprint