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　　本文選自北大核心級期刊《施工技術》，《施工技術》創刊于1958年，是由中華人民共和國住房和城鄉建設部主管，亞太建設科技信息研究院、中國建筑設計研究院、中國建筑工程總公司、中國土木工 程學會主辦，國際刊號ISSN:1002-8498,國內刊號CN:11-2831/TU.國內建設系統的國家級、核心科技期刊。

　　摘要：隨著南水北調工程的逐步展開，水工混凝土的規模日趨增大，結構形式日趨復雜，結構材料日趨高強化，超長超寬超厚的工程大量涌現，設計上按照規范和常規每隔一定距離必須設置變形縫，藉以釋放變形效應引起的能量，以達到避免裂縫的目的。施工中盡管采取了各種必要的防范措施，但裂縫也時常出現。本文在結合以往水工混凝土施工的基礎上，剖析了水工混凝土裂縫的類型、成因、特征、危害及其評判標準，進而提出了一些預防控制措施。

　　關鍵詞：裂縫,分類,原因,特征,危害,評判標準,控制措施

　　一、前言

　　南水北調工程中線總干渠工程總混凝土工程量達到了2806萬方，水工混凝土的規模日趨增大，結構形式日趨復雜，結構材料日趨高強化，超長超寬超厚的工程大量涌現，設計上按照規范和常規每隔一定距離必須設置變形縫，藉以釋放變形效應引起的能量，以達到避免裂縫的目的。施工中盡管采取了各種必要的防范措施，但裂縫也時常出現。筆者在結合以往水工混凝土施工的基礎上，剖析了水工混凝土裂縫的類型、成因、特征、危害及其評判標準，進而提出了一些預防控制措施。

　　二、混凝土裂縫的分類

　　混凝土裂縫的分類方法較多，主要分為荷載裂縫和變形裂縫兩種。荷載裂縫是指混凝土結構由于承受各種荷載后產生的裂縫。變形裂縫是指因環境溫度、濕度變化或混凝土結構內部溫度、濕度或水分變化使其變形而產生的裂縫，包括塑性裂縫、溫度裂縫、干燥收縮裂縫、自收縮裂縫和碳化收縮裂縫等。另外還有堿—骨料反應裂縫、鋼筋銹蝕裂縫等。

　　上述裂縫也可分為有害裂縫和無害裂縫。有害裂縫嚴重影響混凝土結構耐久性和使用性能，必須治理；無害裂縫則可以不必治理，它只影響建筑物外觀。

　　三、混凝土裂縫產生的原因

　　混凝土自澆筑開始就要經受外界環境和其本身的各種因素的作用，使混凝土產生應力。一般情況下，當應力超過混凝土的極限強度或其應力變形超過了混凝土的極限變形值，混凝土的結構物就要產生裂縫。裂縫發展到嚴重程度結構物因失去承載能力而破壞。從力學觀點分析，可以認為結構物有其本身的承載力或抗裂能力，設計者用這種結構的抗裂能力來抵御外界的或其本身的破壞力。破壞力綜合起來可分以下幾種：（1）外荷載應力：包括自重、水壓、泥沙壓力、揚壓力、地震力、動水壓力、冰壓力、設備重量以及其他設計考慮的活荷載及死荷載。（2）溫度應力：包括由結構混凝土本身水化熱產生的和由環境溫度變化產生的。（3）干縮應力：由于混凝土的水份擴散系數極小，結構水份的散失多數發生在混凝土表層很淺的部位，拉應力也產生在該部位。（4）膨脹產生的應力：包括凍融破壞、堿—骨料反應、鋼筋銹蝕、水泥不安定及硫酸鹽侵蝕。（5）自身體積變形應力：可能是膨脹變形，也可能是收縮變形，前者會增加壓應力，后者會產生拉應力。（6）基礎變形和模板走樣產生的應力。（7）塑性收縮和碳化收縮產生的應力。

　　20世紀60年代前，混凝土裂縫相對較少，現在越來越多，這與混凝土結構材料與施工工藝的改變關系很大。（1）混凝土結構的改變：目前預制混凝土結構用得較少，現澆結構大量使用，其變形全部在現場完成，產生裂縫難以避免。隨著大型設施的出現更多地使用超長、超厚及超靜定結構，而且隨著混凝土強度等級的提高，結構體積的加大，其剛度也大大增加了。（2）混凝土強度等級提高，這樣水泥用量的提高和脆性的增加而增多了開裂的可能性。（3）水泥性能改變，新的水泥標準提高了水泥強度，水泥廠則從配料上增加C3S和C3A的比例，同時提高了水泥粉磨細度，這些措施也同時提高了水泥的水化熱及收縮率，使混凝土容易產生溫度裂縫和收縮裂縫。（4）礦物摻和料及外加劑的廣泛應用，使用不當也會帶來產生裂縫的后果。（5）施工工藝的改變，使用大流動性混凝土雖然加快了施工進度，但其用水量、膠材用量和砂率將隨之提高，從而增加了開裂的機會。

　　四、裂縫的特征

　　裂縫產生的原因較復雜，有時幾種原因并存，沒有典型的特征，給分析裂縫產生的原因造成困難。

　　1、塑性收縮裂縫：

　　（1）多發生在豎向尺寸較大的混凝土上表面或側面。（2）出現時間：混凝土澆筑后終凝前，約在澆筑后4-15h。（3）裂縫走向：混凝土表面裂縫為不規則裂縫，無固定方向，但對長形混凝土結構，其上表面也會產生垂直于長方向的橫向裂縫，沉降收縮裂縫多發生在鋼筋及預埋件旁或靠近模板處。

　　2、溫度裂縫

　　（1）出現部位：存在溫差的地方，如大體積混凝土表面，有些混凝土墻也會出現溫度裂縫，無固定部位。（2）出現時間：一般出現在內部升至最高溫度后，溫度開始下降時，約在混凝土澆筑后2-7d。（3）裂縫走向：無固定走向。

　　3、干燥收縮裂縫

　　（1）出現部位：存在濕度差的地方，如表面較大的板式或壁式結構表面，深度約為10-15mm。（2）出現時間：從混凝土硬化到數年的較長時間內。（3）裂縫走向：多為長條形混凝土結構的垂直方向，裂縫相互平行，間隔距離比較均勻，也有斜裂縫或不規則的干縮裂縫。

　　4、荷載裂縫

　　（1）出現部位：多出現在混凝土結構尺寸變化處，荷載不同的兩結構連接處以不同結構類型的兩結構連續處。（2）出現時間：加荷后較長時間，其中因地基沉降而引起的裂縫可持續數年。（3）裂縫走向：一般沿荷載方向，如梁底的橫向裂縫或梁端的剪切斜裂縫。

　　五、裂縫的危害

　　混凝土結構出現裂縫后使人產生不安全感。裂縫寬度超過規定值，其深度和長度又足夠大時，將使鋼筋保護層破壞，導致鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕后的體積膨脹又進一步使混凝土裂縫擴大，如此惡性循環的結果將使混凝土結構逐漸破壞，喪失承載能力，同時，裂縫的出現降低了混凝土的密實性，易受以水為載體的侵蝕性介質的侵蝕，如硫酸鹽、氯鹽等侵蝕。承受水壓的結構通過裂縫漏水，混凝土抗凍也因裂縫的存在而進一步降低。裂縫的產生大大降低了混凝土的耐久性。

　　六、裂縫評判標準

　　1、大體積混凝土裂縫分類及評判標準

　　Ⅰ類：一般縫寬d＜0.2mm，縫深h≤30cm性狀表現為龜裂或呈細微規則性。多由于干縮、沉縮所產生，對結構應力、耐久性和安全基本無影響；

　　Ⅱ類：表面（淺層）裂縫，一般縫寬0.2mm≤d＜0.3mm，縫深30cm＜h≤100cm，平面縫長3m＜L＜5m，呈規則狀，多由于氣溫驟降期溫度沖擊且保溫不善等形成。視裂縫所在部位對結構應力、耐久性和安全運行有一定程度影響。

　　Ⅲ類：表面深層裂縫，縫寬0.3mm≤d≤0.5mm，縫深100cm＜h≤500cm，縫長大于500cm，或平面大于、等于三分之一壩塊寬度，側面大于1-2個澆筑層厚度，呈規則狀，多由于內外溫差過大或較大的氣溫驟降沖擊且保溫不善等形成。對結構應力、穩定、耐久性和安全有較大影響。

　　Ⅳ類：縫寬d＞0.5mm，縫深大于500cm，側（立）面長度h＞500cm，若從基礎向開裂，且平面上貫穿全倉，則稱為基礎貫穿裂縫，否則稱為貫穿裂縫，這種裂縫主要由于基礎溫差超過設計標準或在基礎約束區受較大氣溫驟降沖擊產生的裂縫在后期降溫中繼續發展等原因而形成。它使結構應力、耐久性和穩定安全系數降到臨界值或以下。

　　2、鋼筋混凝土裂縫分類及標準評判標準

　　Ⅰ類：表面縫寬d＜0.2mm，縫長50cm≤L＜100cm，縫深h≤30cm。

　　Ⅱ類：表面縫寬0.2mm≤d＜0.3mm，縫長100cm≤L＜200cm，縫深30cm＜h≤100cm，且不超過結構厚度1/4。

　　Ⅲ類：表面縫寬0.3mm≤d≤0.4mm，縫長200cm≤L＜400cm，縫深100cm＜h≤200cm，或大于結構厚度1/2。

　　Ⅳ類：表面縫寬d＞0.4mm，縫長L≥400cm，縫深h≥200cm或基本將結構裂穿（大于2/3結構厚度）。

　　鋼筋混凝土板梁構件，施工期不允許出現裂縫。

　　七、裂縫控制措施

　　1、設計方面的措施：

　　一般要求對永久荷載和可變荷載應按《建筑結構荷載規范》GB50009的規定采用。設計時除應符合《混凝土結構設計規范》GB50010的規定，還應根據具體情況：地震裂度等級、建筑物規模、地基基礎情況，當地氣候條件、使用功能的需要等因素，全面慎重考慮對混凝土結構采取有效的設計措施，控制混凝土收縮、溫度變化、地基基礎不均勻沉陷等原因產生的裂縫。

　　對較長的建筑結構在設計時可采取分割措施如設沉降縫、防震縫、伸縮縫，以減少混凝土收縮、溫度變化或地基不均勻沉降產生的結構構件內部拉應力。

　　2、有關混凝土材料和配合比方面的措施

　　（1）原材料方面的措施：

　　①水泥：對大體積混凝土而言宜選用中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥，采用低熱水泥要考慮對早期折模的影響，對水泥的礦物成分和細度都應有要求。例如，同一種水泥篩余0.6%，比表面444m2/kg7d水化熱292.3RJ/kg，篩余變為8.6%比表面變為253m2/kg7d水化熱則為243.6RJ/kg，降了17%。我國水泥標準的修改使細度和C3S、C3A提高不利抗裂。

　　②骨料：混凝土骨料應符合有關標準（行業標準和國標），應優先選用潔凈、級配良好的中砂和級配良好、空隙率較小的粗骨料。盡量采用非活性骨料，如采用活性骨料時，必須采取有效的抑制措施。還應注意骨料的含泥量和硫酸鹽含量不應超標。

　　骨料宜堆放在棚內，防止太陽直曬或雨雪淋濕，以免影響混凝土拌合物溫度和水膠比。據有關工程經驗，碾壓混凝土骨料溫度每降低1℃，混凝土出機溫度可降低0.6℃左右。

　　③礦物摻合料：為改善混凝土性能，應在其中摻入礦物摻合料，所用礦物摻合料應符合有關標準。

　　④外加劑：外加劑已是混凝土中必要的組成部分，不同種類外加劑，各有不同的作用，使用的外加劑必須符合有關標準的規定。選用外加劑時必須進行水泥的適應性試驗，以免在使用過程中出現異常情況。減水劑作用一是提高混凝土質量，二是節約水泥減少混凝土發熱量。引氣劑作用是提高混凝土抗凍耐久性和抗裂能力。

　　（2）膠凝材料體系對開裂的影響：

　　影響混凝土抗裂性的主要因素無疑是膠凝材料體系（包括水泥和各種摻合料以及外加劑和水膠比），且不論骨料因素對混凝土抗裂性的影響。膠凝材料體系對混凝土抗裂性的影響可以從一些國外的研究成果中得到體現，美國在園環收縮試驗中表明水泥的堿和細度對干縮開裂影響很大，低W/C的混凝土更容易產生塑性收縮開裂。

　　（3）配合比方面的措施：

　　①應以耐久性為設計原則。

　　②坍落度：在滿足施工要求的條件下，盡量采用較小的混凝土坍落度。

　　③用水量：應在滿足混凝土施工和易性要求條件下，采用較小的用水量。

　　④水泥用量：在滿足混凝土強度要求條件下不宜采用高的水泥用量。

　　⑤水膠比：應采用較小的水膠比，不宜采用大的水膠比。

　　⑥砂率：在滿足工作性要求的條件下，應采用較小的砂率。

　　⑦控制泌水率。

　　⑧應采用引氣劑和引氣減水劑。

　　⑨控制混凝土中氯化物總含量。

　　（4）其它特殊措施

　　①用于有外部侵入氯化物的環境時，鋼筋混凝土構件和結構所用的混凝土應采用下列措施之一：A、水膠比應控在0.55以下；B、混凝土表面宜采用密實、防滲措施；C、必要時可在混凝土表面涂刷防護涂料等。

　　②因水泥水化熱產生的裂縫的控制措施：A、盡量采用水化熱低的水泥。B、優化混凝土配合比，提高骨料含量。C、盡量減少混凝土的水泥用量。D、延長評定混凝土強度等級的齡期。E、摻礦物摻合料代替部分水泥。

　　③因凍融產生的裂縫的控制措施：A、采用引氣劑或引氣減水劑。B、混凝土含氣量宜控制在5%左右。C、水膠比不宜大于0.5。

　　3、有關施工方面的措施

　　（1）鋼筋混凝土為防止有害裂縫產生，應妥善制訂施工組織設計、相關的技術方案和質量控制措施，并應進行技術交底，切實貫徹執行。

　　（2）模板的安裝及拆除

　　模板及其支架應具有足夠的承載能力、剛度和穩定性能可靠地承受澆筑混凝土的自重、側壓力、施工過程中產生的荷載，以及上層結構施工時產生的荷載。

　　安裝模板須構造緊密、不漏漿、不滲水。應確保鋼筋保護層厚度。模板的支撐立柱應置于有足夠的剛度、強度和穩定性的堅實的地面上，防止支撐沉陷，引起模板變形。

　　（3）混凝土的制備、運輸和澆筑

　　①制訂好關于混凝土制備的技術操作規程和質量控制措施。

　　②混凝土運輸時，應保持拌合物的均勻性，運送容器應不漏漿，并應具有防曬、防雨雪、防寒和溫度倒貫措施。運送至澆筑地點的混凝土的坍落度應滿足設計要求。嚴禁向運到澆筑地點的混凝土中任意加水。應制定出不同氣溫的運輸到澆筑入模時間、并使運送頻率能保證混凝土施工的連續性。

　　③混凝土的澆筑

　　做好澆筑前的檢查工作，包括模板、鋼筋和預埋件等。混凝土的一次澆筑量要適應各環節的施工能力，以保證混凝土的連續澆筑。對澆筑現場應進行監控，對運抵現場的混凝土坍落度不能滿足施工要求時，應及時查找原因，并用可靠的方法調整，嚴禁隨意加水。澆筑時要防止鋼筋、模板、定位筋等移動和變形。澆筑的混凝土應填充到模板的各角落，不得漏振和過振。分層澆筑時，要注意使上、下層混凝土一體化。應在下一層混凝土初凝前將上一層澆筑完畢，在澆筑上層混凝土時，須將振搗器插入下一層混凝土5cm左右以便形成整體、如遇高溫、太陽暴曬、大風、澆筑后應立即用塑料膜覆蓋。

　　對大體積混凝土，應控制澆筑后的混凝土內外溫差，為減少內外溫差可采取以下幾種措施：A、混凝土配合比設計時，應摻用礦物摻合料，降低水泥用量，并采用水化熱低的水泥；B、在混凝土表面采用可靠的保溫、保濕措施；C、降低混凝土的入倉溫度（例如在拌制混凝土時可采用加冰屑或冰水降溫，控制水泥和骨料的溫度等措施）；D、預埋冷卻水管降低混凝土的內部溫度。

　　滑模時應控制混凝土的凝結時間與滑模速度匹配，防止產生拉裂和塌陷。處理好施工縫，保證施工縫處結合良好。

　　④混凝土的養護

　　混凝土的表面保護和養護是防止產生裂縫的重要和有效的措施，必須充分重視，并制定方案派專人負責。并按有關規范要求充分保證養護時間。

　　八、結語

　　目前施工的水工混凝土從構筑物的結構形式、結構材料、設計理念和施工工藝都針對裂縫都有了全面的認識，我們只要采取精心設計、精心施工、精心選材，采取有效的控制混凝土裂縫預防措施，裂縫會不斷地好轉，產品也會達到顧客滿意的程度。

　　參考文獻：

　　1、王鐵夢.工程結構裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社，2007。

　　2、王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海：上海科技出版社，1987。

　　3、水工混凝土施工規范DL/T5144—2001[S].北京：中國電力出版社，2001。

　　4、南水北調中線干線工程建設管理局，《混凝土結構質量缺陷及裂縫處理技術規定（試行）》，2007。