浅谈水工混凝土常见裂缝形成原因及控制常用方法

丁伟 孔庆阳 乔婧

水工混凝土施工由于工期长，多数又是露天作业，受自然气候等多种因素的影响，经常会出现裂缝的问题，经过调研研究，提出施工裂缝中收缩裂缝、温度裂缝、沉陷裂缝以及其它施工裂缝产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长，多数又是露天作业，受自然气候等多种因素的影响，经常会出现裂缝的问题，不仅有损于外观，而且破坏混凝土结构、构件的整体性，降低刚度，引起钢筋锈蚀，更影响水工建筑物的寿命。笔者经过调查研究，水工混凝土的裂缝大多是在施工期间出现的，并且带有一定的规律性。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也就小了。常见的施工裂缝有收缩裂缝、温度裂缝、沉陷裂缝以及其它施工裂缝。施工中常见裂缝产生的原因和控制常用方法如下：

一、收缩裂缝

在工程施工中，为保证浇筑要求，混凝土要有一定的和易性（稠度），拌合时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）。这部分多余的水蒸发后，将会产生体积收缩，一般称为湿度收缩。另一方面水泥水化作用凝结，微观上也会产生体积收缩，称为自收缩。自收缩体积一般是湿度收缩的1/5～1/10，湿度收缩是主要部分，这两部分组成混凝土的总收缩。根据有关文献的测定资料，混凝土的最终收缩值约在0.2～0. 45%。收缩值的大小和水泥的品种、用量、拌和用水量、骨科的规格级配、振捣的密实度以及养护好坏等因素有关。如在良好（潮湿）的条件下比在干燥条件下养护的混凝土收缩值减少6～8%。

施工中常见的混凝土收缩裂缝有塑性收缩裂缝、干燥收缩裂缝、沉降收缩裂缝。

1.塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝形状多为中间宽，两端渐窄，且互不连贯，长短不一，一般在干热和大风天气易于出现，其形状类似于干燥的泥浆面。裂缝产生的原因是混凝土在塑性状态时表面水分蒸发过快，体积急剧收缩。裂缝的大小与水分蒸发的速度有关，其影响因素是风速、空气相对湿度、混凝土自身的湿度和空气温度有关，风速大、气温高时特别要注意加强防范。

常用控制方法有：（1）优化配合比，严格控制水灰比、砂率和砂石含泥量，不使其过大；（2）混凝土浇筑前将基层和模板均匀喷水湿透；（3）混凝土浇捣后适时覆盖草帘等，并尽早喷、洒水养护；（4）设置挡风设施；（5）采用密封保水方法，如在混凝土表面覆盖塑料布；（6）完工浇筑面终凝前，表面进行二次抹压。

2.干燥收缩裂缝

干燥收缩裂缝为表面性的，较浅、细，多沿建筑物构件的短方向分布，发生在混凝土养护完毕，过一段时间后出现。裂缝产生的主要原因是混凝土养护不周，受风吹日晒，表面水分散失过快，而内部湿度变化小，表面干缩变形受到内部混凝土的约束，产生较大拉应力而引起。裂缝的开展随湿度、气温的变化而变化，变化过程由表及里，从小到大。

常用控制方法除前述塑性收缩裂缝控制方法之外，还应采取如下措施：（1）适当延长养护时间；（2）素混凝土应适当设置收缩缝；（3）预制构件长期露天堆放，应覆盖和连续适当洒水。

3.沉降收缩裂缝

沉降收缩裂缝多沿主筋通长方向在混凝土表面断续出现，或在相邻断面显著变化部位出现，裂缝较浅较宽，呈棱形，并常在混凝土浇灌后发生，硬化后停止。产生原因是混凝土浇捣后，骨科颗粒沉降，水分上升，有的受到钢筋或埋设件、或大的粗骨科阻挡，而使混凝土互相分离，或混凝土本身组成材料沉落不均造成开裂；斜坡上的混凝土由于重力作用向下流动而开裂；框架上角由于新浇混凝土在柱顶与横梁间沉陷较之横梁上部大，也常引起这类裂缝。

二、温度裂缝

混凝土受温度影响，热胀冷缩会产生变形。当变形不均，受到约束，即会产生应力，导致裂缝发生。施工常见的温度裂缝有两类，一类为内约束裂缝，另一类为外约束裂缝。

内约束裂缝是由于混凝土内外温差引起的，例如：混凝土冬季施工，没有及时围护保温或混凝土拆模过早；加热养护降温过快；混凝土养护期间受寒流侵袭，突然降温，导致表面急剧冷却收缩，都会使混凝土表面产生较大的温度差、收缩差而引起变形。从理论计算和文献实测资料得知，混凝土表面温度骤降超过5～7℃就有可能产生裂缝。这种裂缝多发生在早期，通常只在混凝土表层出现，表层以下仍保持结构完整。

外约束裂缝是由于温差过大引起的。倒如大体积混凝土浇筑后，水泥硬化过程早期产生大量水化热，内部温度高而散热慢，表面温度散热快，这种温差在表面产生拉应力；后期均匀降温时，当受到基础（岩石地基或老混凝土）的约束，又会在内部出现拉应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时，便出现裂缝。这种裂缝多发生在混凝土施工后2～3个月或更长时间，多在结构物中间出现，裂缝多为深进的或贯穿性的，破坏结构的整体性。外约束作用的大小与接缝的间距、浇筑块的形状、地基、基层种类有关。

三、沉陷裂缝

沉陷裂缝多为深进的或贯穿性的，其位置与沉陷方向一致，较大的沉陷裂缝往往有一定错距，裂缝宽度与沉降值成正比。产生原因是结构构件落在未经加强处理的回填土或松软地基上；混凝土浇筑后，因地基浸水引起不均匀沉降而导致裂缝；另外，模板刚度不足、模板支撑间距过大或支撑底部松动以及过早拆模，也常导致这类裂缝发生。

四、其它施工裂缝

混凝土预制件脱模、运输、堆放、吊装过程中，有时产生纵向、横向、斜向的或水平的各种裂缝，特别是高宽比较大、侧向配筋少、刚度差的构件较易出现。如木模浇制的结构和构件，混凝土浇灌前模板未浇水湿透，混凝土浇筑后木模吸水膨胀，常将柱、梁、框架角拉裂。构件成型、翻转时受震动，拆模过早或敲击过重，多孔板抽芯过早或过晚，混凝土坍落或被拉动；构件起吊，模板隔离剂失效，混凝土与模板粘连；吊钩位置不当，起模受力不均或受扭，或受撞击；构件堆放支承垫木不在一条直线上或悬挑过长；运输时，构件受到剧烈的颠簸、冲击；吊装时，吊点位置不正确；排架等侧向刚度差的构件，侧向未采取临时加固措施，造成弯矩过大、应力集中等情况都会使构件发生各种裂缝。结构采用滑模施工时，模板提升的间隔时间长，混凝土与模板粘连，往往出现水平裂缝。另外模板变形，平台倾斜、扭转，千斤顶架倾斜不同步等都将引起裂缝：构件或地坪表面过多的抹压触动，使表面形成含水量大的砂浆层，或撒干水泥抹面，常使表面出现龟裂。

常用控制这些裂缝的力法有：（1）混凝土浇筑前，模板要充分浇水湿透；（2）选用有效隔离剂，起模前先用工具（如千斤顶）均匀松动，再平缓起吊；（3）构件留孔芯管要平直，刷油要均匀，混凝土浇筑后要定时15分钟左右转动钢管；在手指压混凝土表面不显痕时及时抽管；（4）翻转脱模时，在平整坚实的铺砂地面上进行，并做到翻转平稳，防止冲击振动；（5）混凝土构件在运输中相互间要设垫木，并要互相绑牢，防止颠簸晃动、碰撞；（6）混凝土构件堆放应按支承受力状态设置垫块，重叠堆放时，垫块要在一条竖直线上，板、粱、柱等构件要避免反向受力堆放；（7）梁、柱、桁架、排架等大型构件应按规定设置吊点，必要时作临时加固，并设牵引绳防止晃动、碰撞；柱牛腿处侧向增设加强钢筋，提高抗裂度；（8）构件表面及地坪等避免过分的抹压，过稀可撒水泥砂压抹，避免撒干水泥压抹。