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摘要：由于水利工程中的多种结构都是混凝土组成的，因此，我们必须保证混凝土的质量和控制混凝土的裂缝数量，以使工程可以安全长久的存在。本文在了解水工结构的特点的基础上，重点分析了水工结构中大体积混凝土的性质，初步得出水工结构大体积混凝土产生裂缝的具体原因，是与混凝土自身的收缩、变形及外界环境和施工过程息息相关，并对控制水工结构大体积混凝土裂缝提出几项针对性的措施，希望对提高水利工程的质量及保障工程施工顺利进行有所帮助。
关键词：水工结构；大体积混凝土；裂缝成因；控制处理
近年来随着国民生活水平的普遍提高，普通群众的用电需求量越来越大，这一显著变化带来了水电工程的飞速发展，但是由于水利水电工程等构筑物体积非常巨大，容易产生各种类型的裂缝。这种裂缝有些是自身原因造成的，有些是因为外部环境因素造成的，一旦水工结构物产生裂缝，将对其功能和使用产生较大的影响，因此我们必须在裂缝产生前对其进行控制，同时分析产生裂缝的原因，并采取必要的控制措施来避免裂缝的产生。研究大型水工结构物混凝土裂缝的形成原因，以及针对裂缝的控制措施有巨大的经济和社会意义。
1.水工结构大体积混凝土的特点
水工结构中大体积混凝土本身的结构和材料组成都比较复杂，从其自身材质特性看，大体积混凝土的受压能力强但是受拉能力弱，混凝土本身是脆性材料，受拉能力不足其受压能力的百分之十，因此当受到自身收缩力或外界力的作用时变形能力差，极易产生裂缝。
水工结构中大体积混凝土浇筑的时候需要大量的混凝土材料，混凝土具有水化热的特点，浇筑后在混凝土内部产生极高的温度，此时的弹性模量较小，变形比较小，随着散热过程的进行混凝土温度降低，弹性模量却变大，变形量也增大，混凝土该特点使得内部产生较大的拉应力，而混凝土受拉能力很差，因此在内部就会产生裂缝。
水工结构中大体积混凝土与钢筋结构并存，其中大体积混凝土受压能力较强，钢筋结构受拉能力较强，但是由于浇筑量大在大体积混凝土中钢筋的数量不足，大体积混凝土承受巨大的拉应力。同时由于其面积巨大，与外界的接触面大，大面积暴露在外界环境中，受到空气、水分的侵蚀作用，极易在内部产生拉应力，拉应力对大体积混凝土具有很大的破坏作用。
2.大体积混凝土裂缝成因
混凝士结构裂缝产生的原因比较复杂，多种因素相互影响，裂缝类型也在发展转化。相关资料显示，裂缝的产生主要是由施工因素造成的，占早期裂缝的70％左右，混凝土材料方面的原因占20％左右，设计不当方面的原因占10％左右。混凝土结构裂缝的产生主要与材料性质和配合比、结构设计及受力荷载、施工、使用及环境条件等有关。以下就这几个方面的因素研究裂缝产生的原因。
2.1混凝土自身的因素
2.1.1混凝土的收缩
收缩是混凝士的重要特性，收缩变形易导致混凝土开裂。收缩变形类型主要有自收缩、塑性收缩、干燥收缩、沉降收缩、化学收缩、温度收缩、碳化收缩等。混凝土的收缩受水泥类型、细度、胶凝材料用量、水灰比、骨料性质、施工和养护等因素影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆混凝七硬化过程中，受到各种收缩娄型的综合作用。对于大体积混凝土来说，冷缩是早期收缩的主要形式，干燥收缩是长期收缩的主要形式，其它收缩形式所占比例相对较小。
2.1.2水泥的水化热
水泥水化过程中的温度变化是大体积混凝土中的主要温度因素，水化过程中产生一定的热量，在一些结构尺寸较小的混凝土结构物中，这些热量可以比较容易的散发出去，而大体积混凝土结构物一般结构尺寸较大，混凝土又是热的不良导体，故水化过程产生的热量聚集在混凝土内部不易散失。实测数据表明，水泥水化热引起的温升，在水利工程大体积混凝土中一般达到20"--'25℃甚至更高。由于结构物有一个自然散热条件，混凝土内部的最高温度大多发生在混凝土浇筑后的最初3～5d。
由于浇筑初期混凝士的弹性模量较低，对水化热引起的急剧温升体积变形约束不大，故相应的温度应力也较小，达不到混凝土所能承受的拉应力限值，不会产生温度裂缝。随着混凝土龄期的增长，弹性模量逐步增高，对混凝土内部降温收缩的约束愈来愈大，产生相当大的拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，便会出现温度裂缝。
2.1.3混凝土所用材料的影响
大体积混凝土开裂的主要原因是混凝土的收缩受到各种条件的约束后而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度。所以开裂实际上反映的是收缩值、弹性模量和强度的关系问题，而这三项指标是和水泥种类和水泥用量有关的。水泥的种类对干缩值影响很大，采用普通硅酸盐水泥的混凝土的收缩值比用矿渣硅酸盐水泥的收缩值小25％左右，所以当水泥采用不当时，由于干缩值差别较大，混凝土很容易开裂。水泥的细度对干缩值影响也很大，水泥越细，比表面积越大，混凝上也越容易开裂。
2.2施工工序原因
一般情况下混凝土结构物一般需要先支模，后绑钢筋，再进行混凝土的浇筑，大型的水工结构物混凝土浇筑需要分几次进行浇筑，每次浇筑的混凝土量是需要控制的。在浇筑混凝土过程中，当浇筑完一次混凝土后，第二次再进行混凝土的浇筑时需要考虑时间因素，两次浇筑的时间不能间隔太长，如果两次浇筑的时间间隔太长，会使配制好的混凝土中水分损失，对混凝土的坍落度影响较大，会造成后期浇筑后混凝土产生不规则的裂缝；部分现场施工人员直接在混凝土中加水，又会影响配制好的混凝土的性质。浇筑完后需对混凝土进行养护，然后进行模板拆除，但施工时，会出现拆模过早，而导致混凝土结构达不到设计标准，不能满足各种荷载组合，从而导致裂缝的产生。
3.水工结构大体积混凝土裂缝的控制处理
3.1严格控制施工原材料
根据多年的经验，我们可以知道，要想将水工结构大体积混凝土裂缝控制在一定范围，首先必须要做到对材料控制管理，即谨慎的选择原材料。一般地，原材料主要由水泥、泥沙以及沙粒碎屑组成，所以我们在选择时，尽量不要选择沙石中含泥成分高的材料，这种材料性能很差且强度较弱；相反，我们应该选择收缩系数小的材料，以减少混凝土的内部应力；尽量放弃沙粒度小的材料，因为这种要求的混凝土浇筑量很大，浇筑时会产生很大的热量。除此之外，我们也要仔细的选择各种添加剂，总而言之，我们必须谨慎选择原材料，以将裂缝控制在合理范围之内。
3.2对施工过程的控制
水工结构大体积混凝土的裂缝很大一部分是施工不当造成的，因此，要控制大体积混凝土的裂缝就要严格控制施工过程。首先，选择合适的施工时间段，不宜在较热或较冷的季节施工，尽量在春秋季节施工。然后，为了最大程度的避免内外温差，在混凝土浇筑的过程中应该注意分层浇筑和分块浇筑，浇筑过程应该保持连续，同时在施工过程中还应注意在混凝土中铺设冷却水管。最后，混凝土浇筑完成后应及时进行表面的潮湿保养，防止表面干裂。
3.3加强混凝土养护
混凝土的养护包括自然养护和蒸汽养护。一般情况下都是采用的是自然养护方法，有条件的情况下可以采用蒸汽养护。混凝土的自然养护大致可以分为除去表面覆盖物养护和带模养护两大类，在带模养护期间，应采取带模包裹、浇水等基本的措施进行养护，保证不干燥。在混凝土浇筑后48小时左右可以稍微松开点模板，这种方法可以保证拆模较为顺利，最后再继续洒水养护至规定龄期。
结论
对于我国的水利工程以及相关的其它水工结构来说，大体积混凝土一直以来存在很大的裂缝隐患，并且产生的裂缝由于各种因素的作用可能会继续扩大，直至产生无法挽回的损害。所以研究水工结构中大体积混凝土的裂缝成因，对我们国家的发展有着非常重要的实际意义。本文通过对大体积混凝土进行一些相关研究，分析了大体积混凝土裂缝的成因以及对应的控制方法，希望能对工程实践有一些参考作用。
参考文献：
[1]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科学技术出版社，1987.
[2]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社，1999.
[3]王建军.大体积混凝土裂缝产生原因及措施[J].新疆：建安施工，2003.11.42~431.
论文作者:曾润芳
论文发表刊物:《建筑细部》2018年1月下
论文发表时间:2018/8/15
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 体积论文; 水工论文; 结构论文; 应力论文; 水化论文; 《建筑细部》2018年1月下论文;