浅析水工建筑混凝土产生裂缝的原因及防治措施

摘要：混凝土在现代建筑行业中具有非常重要的作用。裂缝是混凝土结构中最为常见的一种现象，混凝土裂缝是水利工程建筑中普遍存在的质量病害之一，它的存在和发展，严重破坏了水利工程建筑物结构的整体性，给水利工程建筑物的安全运行带来了诸多不便。水利工程中混凝土裂缝产生的原因有很多，对混凝土裂缝的成因进行分析，然后采取有效的防治措施，对水利工程建筑物的应用具有非常重要的现实意义和指导作用。本文主要就几个方面来对水利工程中混凝土裂缝的成因进行详细的分析，然后针对上述成因在施工中提出了一些相应的防治措施。

关键词：水利工程；混凝土裂缝；成因；防治措施

文章编号：1674-3954（2013）09-0285-02

1 引言

随着我国政府对水利工程建设管理的不断支持，水利工程建设事业也得到了很好的发展，水利工程的数量也在不断增加。水利工程是关系到国民经济发展的基础行业，但水利工程建筑的混凝土裂缝现象也较为普遍，严重影响了水工建筑的整体质量。因此，裂缝成因的分析以及怎样预防和修补裂缝，是施工人员需要解决的重要问题之一。

2 水利工程混凝土裂缝的成因分析

水利工程建筑中，混凝土裂缝的形成原因有很多，有原材料质量不合格而引发的裂缝；混凝土原料配合比例不当而引发的裂缝；温度、湿度变化，水化热反应产生裂缝以及热学性能、力学性能达不到其抗裂能力的要求而产生裂缝；结构设计不合理，应力过于集中，分缝分块不恰当使得其难以承受外界条件以及荷载的影响而产生裂缝；基础不均匀沉降以及负荷超载而引发裂缝等。裂缝的形成通常都是以一种因素为主，结合其他许多因素共同作用而引发的。本文主要对裂缝形成的主要因素进行分析。

2.1温度变化

水利工程中由于混凝土温度变化而产生的裂缝主要原因有水泥水化热的影响、外界气温变化以及基础约束等。具体分析如下：

2.1.1水泥水化热的影响以及外界气温的变化

大量的水化热会随着水泥的水化过程而产生，这是水利工程混凝土施工时内部热量的主要来源。混凝土由于其本身导热性能较差，且结构内部的体积和截面都较大，因此使得水化反应所产生的热量都聚集在混凝土结构内部而不易散发出来，这样就会造成混凝土内部温度偏高、与此同时，混凝土表面的热量散失的相对较快，这样就会在混凝土内部与外部之间形成一个较大的温度差。混凝土内外温度不一使得其结构变形膨胀，在混凝土内部产生压应力，在混凝土外部产生拉应力，当内外温差超过20～25℃时，混凝土外部所产生的拉应力就会超过混凝土极限抗拉强度，从而产生裂缝。外界的气温变化也是导致混凝土产生裂缝的原因之一，随着外界温度的升高，混凝土的施工温度也会上升，当外界温度骤降时，混凝土内部与外部将会产生一个较大的温差，导致温度应力的产生，从而形成裂缝。

2.1.2基础约束

水利工程中混凝土结构的大坝基础大部分都是弹性模量较大的岩石，因此底板会受到较大的来自混凝土大坝基础的外部约束。新浇的底板混凝土会因为水泥的水化热反应而导致温度上升，使得混凝土结构体积产生膨胀变形，由于受到基础的约束从而产生压应力，由于早期的混凝土弹性模量较小，徐变度较大，混凝土还处于塑性阶段，因此所产生的压应力很快就会被松弛掉。但是，当水泥的水化热反应所起的作用减弱后，混凝土温度降低，从而引起收缩，这时基础对混凝土产生约束，使得其内部出现较大的拉应力，拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，底板的裂缝就会随之产生。

2.2干燥收缩

当混凝土结构中的水分发生变化时，则会引起混凝土的干缩湿胀。当混凝土在水中硬化时，由于其长期与水接触，水份较为充足，则会产生微小的膨胀；反之，当混凝土长期处于空气中硬化时，由于水分的蒸发，使得混凝土出现干缩现象。由于混凝土结构水分的变化是不均匀的，因此收缩应力也是不一样的，当混凝土表面的拉应力超过一定的范围时，则会引起表面裂开而产生裂缝。

2.3钢筋锈蚀和碱骨料反应

钢筋锈蚀以及碱骨料反应所产生的裂缝都是由于混凝土结构发生胀裂产生拉应力而形成的，只是两者产生胀裂拉应力的原因各不相同。

钢筋锈蚀主要是指钢筋在空气中发生化学反应进而生成氢氧化铁，由于氢氧化铁的体积比原钢筋的体积要增大2～4倍，这样就会使得钢筋周围的混凝土结构产生胀拉应力。当拉应力较大且超过混凝土保护层所能承受的范围时，就会沿着钢筋产生一条裂缝。裂缝的产生又进一步加剧了钢筋的锈蚀程度，从而形成恶性循环，直至混凝土保护层的剥落以及钢筋的断裂，严重影响着建筑物的安全性能。

碱骨料化学反应主要是指混凝土结构空隙中的碱性溶液和活性骨料之间发生反应，从而生成一种碱物质，生成的碱与水反应会发生膨胀现象，使得混凝土胀裂。碱骨料反应所产生的混凝土裂缝分布情况以及形状与钢筋的约束力有关，当约束力较小的情况下，则常常出现地图状裂缝；当约束力较大时，则常常产生顺筋裂缝。

2.4构件超载以及不均匀沉降

当构件的荷载超过设计的均匀荷载或集中荷载时，构件就会产生内力弯矩，从而出现与构件纵轴相互垂直的裂缝。此外，基础不均匀沉降会引发结构的变形，从而也会产生裂缝。

2.5混凝土冻融破坏

混凝土结构在潮湿的状态下，由于温度的大幅度变化，使得其内部孔隙内的水结冻膨胀，融解松弛，从而产生了疲劳应力，使得混凝土产生裂缝。在反复的混凝土冻融破坏作用下，混凝土中形成的裂缝相互贯通，长期就会造成混凝土由表及里的破坏现象。

3 水利工程混凝土裂缝的防治措施

对于上述关于水利工程建筑混凝土结构裂缝的成因，可针对性的采取以下措施来进行防治处理：

（1）由于温度变化而引发的裂缝，可以对其温度进行有效的控制，在工程施工过程中，控制温度的主要措施有：选用水化热较低的水泥；合理使用一定的外加剂，如在水泥中掺入粉煤灰、减水剂以及缓凝剂等；采用低温水来拌合混凝土；高温季节尽量避免中午进行混凝土的浇筑；对于大体积的混凝土在进行浇筑时，可采用合理的分缝分块措施，并且加强养护工作等。表1～2为在不同水泥中添加不同外加剂对水热化的影响。由表中数据可知，在水泥中掺入外加剂可有效的降低水泥的水化热，从而降低温度。

（2）影响混凝土干缩率的最主要原因是用水量，因此施工中要尽量减少用水量，采用较大粒径的骨料以及较好的级配，严格控制水灰比，减少干缩裂缝的产生。对混凝土加强养护，使水泥充分水化，进而使水泥石中胶体减少、晶体增多，可以有效减小干缩，同时延长养护期，使混凝土强度增大。当遇到防裂要求高的工程，还可以采用养护剂，其主要作用是减少水分蒸发，确保混凝土的正常水化。养护剂的原理是在混凝土表面喷涂以形成薄膜，以防止水分蒸发，并在混凝土表面失去光泽后立即喷涂。此外，还应改善水泥性能、降低水泥用量，合理地设置伸缩缝，设置构造钢筋以保证收缩裂缝分布均匀，避免发生集中的大裂缝。

（3）氧化是钢筋产生锈蚀的必要条件，对于钢筋的锈蚀需采取提高混凝土的抗渗性和密实度，并适当加大保护层的厚度，在混凝土表面涂刷或喷涂聚合水泥砂浆、环氧树脂、沥青等防腐层；合理选用混凝土原材料，采用耐腐蚀钢筋，避免使用碱骨料等措施，都能起到显著效果。

（4）解决基础不均匀沉降的方法有：改善结构形式、控制施工程序、减轻结构自重等。不能仅仅靠提高结构的刚度来抵抗不均匀沉降，如果结构的自重增大，其柔韧性会变小，相应的适应不均匀沉降的能力也随之减低。在工程实践中，只有对不均匀沉降采取“放”（增强柔韧性和分缝以适应变形）、“抗”（一整天刚性抵抗变形）相结合的方法进行。

（5）冬季或者低温季节施工，需要低于寒潮的袭击，表面覆盖麻袋与塑料薄膜作为保温材料，塑料薄膜不仅对混凝土具有保温作用，还具有保湿效果，只要把握好覆盖时搭接严密，混凝土表面和薄膜可以保持长时间的湿润，这对混凝土有极大的好处。

4 结语

水利工程中混凝土裂缝的存在不仅会降低建筑物的抗渗能力，同时也影响着建筑物使用过程中的稳定性与安全性，降低了建筑物的使用寿命。因此，要对建筑物的裂缝进行仔细的研究，并且针对性的采取有效措施来对裂缝进行预防。只有这样，才能保证水利工程安全稳定的运行下去。