王克帅
广西百色市
摘要：在水利工程建设中，水工结构大体积混凝土裂缝是一个难以根除的顽疾，长期困扰着广大水利工程技术人员，作者通过本文阐裂缝的危害，分析裂缝形成的机理，并针对性的提出一些防治措施，以期减少混凝土裂缝的发生，控制工程质量。
关键词：大体积混土、裂缝、危害、防治
0引言
在我国，大体积混凝土的定义是指：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土称为大体积混凝土。在水工建筑物如大坝、发电厂房、水闸等施工中，因其结构尺寸大，混凝土浇筑方量多等原因，广泛应用大体积混凝土浇筑方案。长期的工程实践证明，水工大体积混凝土裂缝有一定的必然性。裂缝会对水工建筑结构物产生严重的危害，对混凝土裂缝危害的充分认识和重视并分析原因，才能很好的采取防治措施，控制裂缝的发生，保证建筑物的安全运行和使用寿命。
1裂缝产生的危害
1.1影响建筑的安全
一般来说,混凝土表面微小的裂缝是不会对结构安全构成影响,但是,如果发生深层裂或贯穿裂缝等严重的开裂，就会破坏建筑的整体构结、稳定性，改变其受力条件。而且，裂缝会使建筑物结构内部的钢筋与水流、空气等接触而发生锈蚀，使混凝土结构的承载能力减弱，危及水工建筑物的运行安全，甚至会发生失稳和垮塌事故。
1.2影响建筑物使用功能以及外观
大坝、水闸等水工建筑物一般建成后在水环境中工作，要承受巨大的水压力，对防渗漏有很高的要求，如果混凝土发生开裂，将在建筑物内部形成渗漏通道，降低其抗渗能力，严重的如在坝体上下游之间形成通缝，将导致坝体漏水，既影响建筑物的使用功能又影响外观。
1.3降低建筑物的使用寿命
当水工建筑结构出现裂缝后，在内部形成细微的通道，当水流及空气中的二氧化碳渗入会降低建筑物结构的抗冻性能，加速混凝土的碳化，有配筋的结构部位，钢筋与外界介质接触后会发生锈蚀，影响建筑物的耐久性，从而降低建筑物的使用寿命。
综上所述，裂缝对水工建筑的安全、使用功能、耐久性和外观都产生不同程度的危害，裂缝的发展恶化最终可能会致安全事故的发生，危及人民群众的生命和财产安全，所以应该对混凝土裂缝的危害要引起高度重视，采取有效的措施，防止和减少混裂缝的发生。
2裂缝的原因分析
混凝土是由砂石骨料通过胶凝材料粘结而成的人工石材，具有很强的脆性，抗拉强度极低，当体积发生（收缩）变形并受到约束时产生拉应力，这种拉应力超出混凝土允许抗拉强度时便产生裂缝，大量的实践和研究表明，水工大体混凝土极少因基础沉降、结构设计不合理、荷载而出现裂缝，水工大体积混凝土裂缝大多都是由于温度应力、混凝土收缩等因素引起的。
2.1温度应力产生的裂缝
温度应力分三种情况：（1）大体积混凝土浇筑后，由于内部水化热温升不能及时散热，表层混凝土暴露在空气中受环境温度影响而降温散热较快，引起内外温差，在混凝土表层产生拉应力，当拉应力大于混凝土的允许抗拉强度时将产生裂缝，这种裂缝称为表面裂缝，比较常见，一般发生在浇筑早期，裂缝短而浅，分布不规则，对混凝土结构的安全和耐久性影响不大；（2）水泥水化反应释放热量完成后混凝土温度逐步降到稳定温度的过程中，混凝土因降温而体积收缩，当受到基础边界或者是下层老混凝土的约束时，就会产生拉应力。这种拉应力会引起深层裂缝，严重时可贯穿整个浇筑层，形成贯穿裂缝。对混凝土结构的安全、耐久性有很大的危害；（3）大体积混凝土单仓浇筑方量大，浇筑时间长、层间间歇长引起水化反应热时间差以及混凝土内部散热距离的差异引起混凝土结构内部各部位间的温度变化呈非线性发展，形成平均降温差导致结构内部各部位的变形差异而产生温度应力，有研究表明，混凝土结构内部的平均降温差是生产深层裂缝和贯穿裂缝的主要原因。
2.2收缩裂缝
混凝土浇筑成型后，大量的水份在混凝土硬化过程中逐步蒸发而发生体积收缩，大体积混凝土尤为明显。在初期，若不做好混凝土的覆盖和养护，受风吹日晒会使其层水份快速蒸发而产生表面干裂，到了后期，内部水份继续蒸发，在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙，造成混凝土体积收缩，当这种收缩变形受到外部约束时，会在结构内部产生拉应力，拉应力大于混凝土自身的抗拉极限时便使混凝土开裂。在混凝土硬化初期收缩应力和温度应力叠加作用将加剧裂缝隙的发展。
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3 水工大体积混凝裂的防治措施
3.1提高混凝土抗裂能力
（1）选择表面粗糙、弹性模量低的骨料品种和合理的骨料级配、采用高标号的水泥、通过试验比对来设计和优化混凝土配合比，采用较小的水灰比，从原材料和配合比设计上提高混凝土抗裂能力；（2）施工中通过提高施工管理水平,保证混凝土施工质量均匀性，提高混凝土强度保证率,强加混凝土的养护等措施以提高混凝土抗裂能力；（3）减少混凝土收缩，混凝土硬化过程中，混凝土会随着水分的蒸发而发生体积收缩，可通过掺入高效碱水剂可减少混凝土用水量约25％、改善混凝土的和易性、掺入引气剂可提高混凝土的密实性，从而减少混凝土的收缩率。
3.2加强混凝土的温控
（1）降低混凝土水化热
选择低热的水泥品种；通过设计验算，对水工建筑物结构进行分区，在满足结构受力和使用功能的条件下，对不同区域使用不同标号的混凝土，可以有效地减少水泥的用量；优化骨料级配，使用较大的骨料粒径，选择合理的级配，减少骨料比表面积从而减少水泥用量，大体积水工混凝土骨料级配一般都使用三级配，粗骨料粒径上限达到80mm甚至更大；加入掺和料，大体积水工混凝一般都掺入粉煤灰，可以大副度减少水泥用量又保证混凝土的和易性，一般粉煤灰掺入比例占水泥的用量的25％～60％，这是降低水化热的强有力措施；使用外加剂，有研究表明，通过使用外加剂，可以在保证混凝土强度不改变的情况下，减少水泥用量15%左右。
（2）降低混凝土入仓温度
通过骨料预冷(如风冷、水冷、喷雾等)、使用山泉水拌和以及加冰块拌和等手段降低混凝土出机口的温度，一般出机口温度要求在16℃以下，如果在高温季节施工，要合理组织施工，缩短混凝土运输时间，必要时混凝运输车辆要设有遮阳设施，混凝土入仓后要及时振捣并采取保温措施，如遮阳、喷雾等使混凝土保持较低的初始温度以便能够吸纳更多的水化热热量而不至于温度过高,达到降低温升的效果。
（3）加快混凝土散热
采用薄层浇筑，缩短散热距离，在保证混凝不初凝的前提下延长浇筑的时间，让混凝土热量充 分散发；在高温季节，在已经采取预冷措施的情况下，为了防止气温倒灌，适当加大混凝土浇筑温度，达到保持混凝土内部低温的效果；在浇筑层顶面喷雾、洒水或积水，加快混凝土表面散热；如采取上述措施仍然达不到要求时，必须预理冷却水管，在混凝土内部设置蛇形管，通水冷却，带走热量，冷却循环一般在浇筑开始时就通水冷却，持续15天左右。
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3.3改善约束条件
在设计上选择合理的结构形式，避免应力集中；建筑物要设于地质良情况好的基础上，当遇到不良的地质情况，要进行基础处理，确保基础承载力满足设计要求，避免出现不均匀沉降；合理分缝分块，对结构进度较小的分块可以减少温度应力、改善混凝土结构的变形约束，如坝体分块长度一般不超过20m；在综合考虑施工现场条件、结构要求、施工进度条件允许的情况下选择薄层浇筑，可加快混凝土散热，降低混凝土内外温差从而减少温度应力。
3.4保证混凝土施工质量
施工中严格按施工配合比下料，严格控制水灰比和坍落度, 混凝土振要捣密实，不漏振、过振；大体积混凝土浇筑方量大、浇筑时间长，施工单位要结合自身的浇筑能力选择合理的浇筑方法，如浇筑仓面较大，厚度厚，而浇筑能力有限时，可采用台阶法浇筑，目的是为了避免因层间浇筑间歇时间过长而出现冷缝；准确把握各区域部位不同混凝土标号变换时机，混凝土运输途中要防止发生离淅，不合格的混凝土禁止入仓，要求现场技术人员有娴熟的指挥技巧，具有通过肉眼能辨别混凝土拌合物质量好坏的能力。在混凝土初凝前采取二次抹压，消除干缩裂缝的产生。大量的工程实践证明，加强提高施工管理水平，可以保证混凝土施工质量的均匀性，有效的控制混凝土裂缝的发生。
3.5加强混凝土养护
混凝土浇筑的后养护对混凝土强度的发展和表面干缩裂缝有重要的影响。混凝土水分蒸发过快会使水泥不能充分水化，导致混凝土强度增长缓慢或停止，早期混凝土表面水份蒸发过快会产生干缩裂缝。混凝土完成浇筑后12h内，要及时洒水养护，并用草袋、锯末或麻袋片覆盖，保持表面处于湿润的状态，养护时间一般不少于14d，在高温季节应适当延长养护时间。在昼夜温差大的季节和低温季节，要防止寒潮袭击而产生表面裂缝，可采用泡沫塑料板、EPE片材等保温新材料对混凝土表面行进保护。
4结语
大体积水工混凝土因其自身的材料特性，裂缝无法避免，对建筑物结构的危害很大，通过对裂缝原因的分析与研究，有针对性地从各方面采取有效的措施，控制裂缝的发生，提高工程建设质量，促进水利工程建设的发展是很有必要的。
参考文献：
[1] 王国秉. 大体积水工混凝土裂缝的防止. 山西水利科技, 第1期(总第171期) 2009年2月
[2] 王铁梦 黄善衡.大体积混凝土的瞬态温度场和温度收缩应力的计算机仿真，建筑工业,1990 (1)
[3] 汪秋明，水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理，广东建材 2011年第6期
论文作者:王克帅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/20
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 水工论文; 应力论文; 体积论文; 建筑物论文; 骨料论文; 《防护工程》2018年第4期论文;