淺談水工混凝土常見裂縫形成原因及控制常用方法

丁偉 孔慶陽 喬婧

水工混凝土施工由于工期長，多數又是露天作業，受自然氣候等多種因素的影響，經常會出現裂縫的問題，經過調研研究，提出施工裂縫中收縮裂縫、溫度裂縫、沉陷裂縫以及其它施工裂縫產生的原因和控制常用方法。

在水利工程中，水工混凝土施工由于工期長，多數又是露天作業，受自然氣候等多種因素的影響，經常會出現裂縫的問題，不僅有損于外觀，而且破壞混凝土結構、構件的整體性，降低剛度，引起鋼筋銹蝕，更影響水工建筑物的壽命。筆者經過調查研究，水工混凝土的裂縫大多是在施工期間出現的，并且帶有一定的規律性。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。常見的施工裂縫有收縮裂縫、溫度裂縫、沉陷裂縫以及其它施工裂縫。施工中常見裂縫產生的原因和控制常用方法如下：

一、收縮裂縫

在工程施工中，為保證澆筑要求，混凝土要有一定的和易性（稠度），拌合時加入的水分往往比水泥水化作用需要的水分要多（一般多4～5倍）。這部分多余的水蒸發后，將會產生體積收縮，一般稱為濕度收縮。另一方面水泥水化作用凝結，微觀上也會產生體積收縮，稱為自收縮。自收縮體積一般是濕度收縮的1/5～1/10，濕度收縮是主要部分，這兩部分組成混凝土的總收縮。根據有關文獻的測定資料，混凝土的最終收縮值約在0.2～0. 45%。收縮值的大小和水泥的品種、用量、拌和用水量、骨科的規格級配、振搗的密實度以及養護好壞等因素有關。如在良好（潮濕）的條件下比在干燥條件下養護的混凝土收縮值減少6～8%。

施工中常見的混凝土收縮裂縫有塑性收縮裂縫、干燥收縮裂縫、沉降收縮裂縫。

1.塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫形狀多為中間寬，兩端漸窄，且互不連貫，長短不一，一般在干熱和大風天氣易于出現，其形狀類似于干燥的泥漿面。裂縫產生的原因是混凝土在塑性狀態時表面水分蒸發過快，體積急劇收縮。裂縫的大小與水分蒸發的速度有關，其影響因素是風速、空氣相對濕度、混凝土自身的濕度和空氣溫度有關，風速大、氣溫高時特別要注意加強防范。

常用控制方法有：（1）優化配合比，嚴格控制水灰比、砂率和砂石含泥量，不使其過大；（2）混凝土澆筑前將基層和模板均勻噴水濕透；（3）混凝土澆搗后適時覆蓋草簾等，并盡早噴、灑水養護；（4）設置擋風設施；（5）采用密封保水方法，如在混凝土表面覆蓋塑料布；（6）完工澆筑面終凝前，表面進行二次抹壓。

2.干燥收縮裂縫

干燥收縮裂縫為表面性的，較淺、細，多沿建筑物構件的短方向分布，發生在混凝土養護完畢，過一段時間后出現。裂縫產生的主要原因是混凝土養護不周，受風吹日曬，表面水分散失過快，而內部濕度變化小，表面干縮變形受到內部混凝土的約束，產生較大拉應力而引起。裂縫的開展隨濕度、氣溫的變化而變化，變化過程由表及里，從小到大。

常用控制方法除前述塑性收縮裂縫控制方法之外，還應采取如下措施：（1）適當延長養護時間；（2）素混凝土應適當設置收縮縫；（3）預制構件長期露天堆放，應覆蓋和連續適當灑水。

3.沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫多沿主筋通長方向在混凝土表面斷續出現，或在相鄰斷面顯著變化部位出現，裂縫較淺較寬，呈棱形，并常在混凝土澆灌后發生，硬化后停止。產生原因是混凝土澆搗后，骨科顆粒沉降，水分上升，有的受到鋼筋或埋設件、或大的粗骨科阻擋，而使混凝土互相分離，或混凝土本身組成材料沉落不均造成開裂；斜坡上的混凝土由于重力作用向下流動而開裂；框架上角由于新澆混凝土在柱頂與橫梁間沉陷較之橫梁上部大，也常引起這類裂縫。

二、溫度裂縫

混凝土受溫度影響，熱脹冷縮會產生變形。當變形不均，受到約束，即會產生應力，導致裂縫發生。施工常見的溫度裂縫有兩類，一類為內約束裂縫，另一類為外約束裂縫。

內約束裂縫是由于混凝土內外溫差引起的，例如：混凝土冬季施工，沒有及時圍護保溫或混凝土拆模過早；加熱養護降溫過快；混凝土養護期間受寒流侵襲，突然降溫，導致表面急劇冷卻收縮，都會使混凝土表面產生較大的溫度差、收縮差而引起變形。從理論計算和文獻實測資料得知，混凝土表面溫度驟降超過5～7℃就有可能產生裂縫。這種裂縫多發生在早期，通常只在混凝土表層出現，表層以下仍保持結構完整。

外約束裂縫是由于溫差過大引起的。倒如大體積混凝土澆筑后，水泥硬化過程早期產生大量水化熱，內部溫度高而散熱慢，表面溫度散熱快，這種溫差在表面產生拉應力；后期均勻降溫時，當受到基礎（巖石地基或老混凝土）的約束，又會在內部出現拉應力，當應力超過混凝土的抗拉強度時，便出現裂縫。這種裂縫多發生在混凝土施工后2～3個月或更長時間，多在結構物中間出現，裂縫多為深進的或貫穿性的，破壞結構的整體性。外約束作用的大小與接縫的間距、澆筑塊的形狀、地基、基層種類有關。

三、沉陷裂縫

沉陷裂縫多為深進的或貫穿性的，其位置與沉陷方向一致，較大的沉陷裂縫往往有一定錯距，裂縫寬度與沉降值成正比。產生原因是結構構件落在未經加強處理的回填土或松軟地基上；混凝土澆筑后，因地基浸水引起不均勻沉降而導致裂縫；另外，模板剛度不足、模板支撐間距過大或支撐底部松動以及過早拆模，也常導致這類裂縫發生。

四、其它施工裂縫

混凝土預制件脫模、運輸、堆放、吊裝過程中，有時產生縱向、橫向、斜向的或水平的各種裂縫，特別是高寬比較大、側向配筋少、剛度差的構件較易出現。如木模澆制的結構和構件，混凝土澆灌前模板未澆水濕透，混凝土澆筑后木模吸水膨脹，常將柱、梁、框架角拉裂。構件成型、翻轉時受震動，拆模過早或敲擊過重，多孔板抽芯過早或過晚，混凝土坍落或被拉動；構件起吊，模板隔離劑失效，混凝土與模板粘連；吊鉤位置不當，起模受力不均或受扭，或受撞擊；構件堆放支承墊木不在一條直線上或懸挑過長；運輸時，構件受到劇烈的顛簸、沖擊；吊裝時，吊點位置不正確；排架等側向剛度差的構件，側向未采取臨時加固措施，造成彎矩過大、應力集中等情況都會使構件發生各種裂縫。結構采用滑模施工時，模板提升的間隔時間長，混凝土與模板粘連，往往出現水平裂縫。另外模板變形，平臺傾斜、扭轉，千斤頂架傾斜不同步等都將引起裂縫：構件或地坪表面過多的抹壓觸動，使表面形成含水量大的砂漿層，或撒干水泥抹面，常使表面出現龜裂。

常用控制這些裂縫的力法有：（1）混凝土澆筑前，模板要充分澆水濕透；（2）選用有效隔離劑，起模前先用工具（如千斤頂）均勻松動，再平緩起吊；（3）構件留孔芯管要平直，刷油要均勻，混凝土澆筑后要定時15分鐘左右轉動鋼管；在手指壓混凝土表面不顯痕時及時抽管；（4）翻轉脫模時，在平整堅實的鋪砂地面上進行，并做到翻轉平穩，防止沖擊振動；（5）混凝土構件在運輸中相互間要設墊木，并要互相綁牢，防止顛簸晃動、碰撞；（6）混凝土構件堆放應按支承受力狀態設置墊塊，重疊堆放時，墊塊要在一條豎直線上，板、粱、柱等構件要避免反向受力堆放；（7）梁、柱、桁架、排架等大型構件應按規定設置吊點，必要時作臨時加固，并設牽引繩防止晃動、碰撞；柱牛腿處側向增設加強鋼筋，提高抗裂度；（8）構件表面及地坪等避免過分的抹壓，過稀可撒水泥砂壓抹，避免撒干水泥壓抹。