关于水工大体积高性能混凝土裂缝的原因分析

摘 要：在水利工程施工中，大体积混凝土工程是经常会出现的，在施工中，大体积混凝土浇筑的时候常常会出现裂缝问题，为了这一问题影响整个工程的施工质量，一定要对混凝土出现裂缝的原因进行分析，在施工中对施工工艺进行控制，同时在出现裂缝以后一定要采取必要的修补技术，这样能够避免出现更多的问题，本文从水工大体积混凝土特点入手，分析了水工大体积混凝土裂缝产生的机理和主要原因，提出水工大体积混凝土裂缝控制技术。

关键词：水工结构；大体积混凝土；裂缝成因；控制措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

水工建筑物常属大体积混凝土工程，一次性混凝土浇筑量大，工程条件复杂，因而若施工措施控制不力，由于水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，大体积混凝土由于温度应力而特别容易开裂，轻者会影响混凝土的耐久性，重者还会严重影响构筑物的安全性能。 因此，对大体积混凝土裂缝进行有效地预防,成为水利工程界普遍关注的问题。

一、简要概述水工大体积混凝土特点及修补

1、水工大体积混凝土有以下的特点：(1)单位体积的混凝土水泥用量较大，水泥水化产生的热量较多，绝热温升较大，温度峰值较高，内外温差和温度梯度较大，升温和降温速度较快； (2)混凝土设计标号高，按受力情况配筋率较高，其温度应力受钢筋的影响较明显；(3)混凝土具有工程量大、结构复杂、质量要求高、施工时间长等特点。

2、大体积混凝土破损一般发生在水工建筑物过水部分，如溢流坝、泄洪道等。过水部分混凝土由于长期受水流、泥砂冲刷及气蚀作用，普通混凝土在此条件下极易被破坏。因此，要求修补材料具有粘结牢固、密实抗裂、耐冲刷等性能。如今新型修补材料粘结强度高、与基层混凝土变形协调能力好、抗冻融抗冲刷性能优良，且价格便宜，是目前较好的一种高性能混凝土修补材料。

二、大体积高性能混凝土裂缝产生机理和原因

1、温差裂缝是由于混凝土内部和外部之间产生温差所引起的，温差产生的原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。在温度正负交替过程中，混凝土微孔中的水成为结冰或过冷的水，体积膨胀产生冻胀压力，过冷的水迁移产生渗透压力，当两者的附加作用力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就遭受破坏。温差裂缝主要有三种情况：（1）水工混凝土在施工初期，产生大量的水化热，内外的温差使其产生裂缝；（2）混凝土拆模前后，混凝土表面的温度会急速下降，裂缝产生；（3）由于混凝土内部温度到达极限，但是热量散发慢，而产生温差裂缝。施工中的大体积混凝土，主要是由于温差产生裂缝，诸如水工大坝、分洪闸、拦河坝等体积水工混凝土更易发生此类裂缝。

2、气温变化

大体积混凝土在施工阶段， 外界气温的变化影响是显而易见的，因为外界气温愈高。混凝土的浇筑温度也愈高；而外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度， 这对大体积混凝土是极为不利的。

3、干收缩原因

混凝土浇筑成型后，养护工作不到位，没有及时地进行表面履盖，表面水分散失过快，导致混凝土内部与外部不均匀收缩。 由于此干缩快慢差而形成的混凝土表面拉应力，也是水池底板混凝土产生裂缝的重要原因。

4、施工不当

混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖进行潮湿养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝，特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩更容易发生。

三、水工大体积混凝土裂缝的危害

1、产生渗漏

混凝土裂缝将使进水口产生渗漏。渗漏的结果，一方面在压力水作用下使裂缝逐步扩宽和发展；另一方面当水渗入混凝土内部后将促使水泥水化物的水解。

2、加速混凝土碳化

混凝土裂缝的存在， 使空气中的二氧化碳极易渗透到混凝土内部与水泥的某些水化产物相互作用形成碳酸钙，这就是常说的混凝土碳化。在潮湿的环境下二氧化碳能与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙相互作用并转化成碳酸盐，中和水泥的基本碱性，使混凝土的碱度降低，使钢筋纯化膜遭受破坏，当水和空气同时期渗入时，钢筋就产生锈蚀。 同时由于混凝土碳化会加剧混凝土收缩开裂，导致混凝土结构物破坏。

3、影响混凝土结构物的结构强度和稳定性

混凝土裂缝直接影响混凝土结构物的结构强度和整体稳定性。轻则会影响建筑物的外观、正常使用和耐久性，严重的贯穿性裂缝则可能导致混凝土结构物的完全破坏。 如水坝出现裂缝会使坝体刚度降低，在库水压力作用下坝体向下游的变形会加大，并产生不利的附加应力。

4、加快钢筋的腐蚀

混凝土的裂缝使混凝土对钢筋的保护作用削弱，在裂缝部位，水和空气等物质和钢筋直接接触，钢筋很容一易受到腐蚀，钢筋腐蚀后，抗拉性能减弱，裂缝进一步扩大，形成更大的危害。

四、大体积混凝土裂缝控制措施

1、材料的选用中砂、石中含泥量过大，会使混凝土的性能降低、抗裂强度减弱；石子粒径偏小、砂细度模量太大都会加大水泥用量而增加水化热。

（1）采用发热量较低的水泥和减少单位体积混凝土中的水泥用量降低混凝土水化热，优先选用中热硅酸盐水泥，因为该水泥具有较低的水化热，同时抗裂性能也较好。选择线膨胀系数小、岩石弹性模量较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。

（2）做好混凝土级配设计，尽量采用较大骨料粒径，改善骨料级配。混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用低砂率、低坍落度、低水胶比并掺用高效减水剂和高性能引气剂，提高混凝土中粉煤灰掺量，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值”的抗裂混凝土。

（3）添加外加剂， 混凝土中掺粉煤灰可以降低水泥用量和混凝土的水化热温升；可有效提高混凝土密实性和抗渗能力，防止或减小混凝土开裂；高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。

2、设计控制措施

进行结构的温度应力分析和设计。 在设计阶段考虑温度应力和设计荷共同作用， 对结构的温度场进行仿真分析，确定最高温度以及温差最大的位置对温度应力和收缩力进行验算。选择合理的结构形式和分缝分块。结构形式对温度应力以及裂缝的产生具有重要影响。 在大体积混凝土的设计阶段应充分重视这种影响。 同时，在结构形式上应尽量避免和减缓应力集中。设置构造钢筋。大体积混凝土除应满足承载力和构造要求外，还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力控制裂缝开展的钢筋，以构造钢筋来控制裂缝，配筋尽可能采用小直径、小间距。

3、施工控制措施

（1）合理选择原材料、优化混凝土配合比。 按照混凝土设计强度要求合理选择原材料、 优化混凝土配合比使混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、线膨胀系数较小。

（2）用分层连续浇筑或推移式连续浇筑混凝土。 为了有效降低大体积混凝土的内外温差，在大体积混凝土施工过程中常采用分块浇筑。降低混凝土地的浇注温度。混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求。混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护。

（3）采用二次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。 当混凝土浇筑后即将凝固时，在适当的时间内再振捣，可以增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝。 加强施工管理。 提高混凝土的质量，以保证混凝上强度的均匀性，加强混凝土养护养生。

4、监测措施

而在引起裂缝产生的诸多因素中， 混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因素，为了控制裂缝的产生，不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而应在一开始，就对原材料、混凝土拌和物入模和浇筑温度进行系统的实测。

结束语

在水利工程施工中，大体积混凝土结构对整个工程的安全性和防渗性都是有着很大的影响，因此，在水利工程施工中一定要保证施工质量，同时避免出现混凝土裂缝的问题，一旦出现混凝土裂缝一定要及时采取措施进行治理。

参考文献

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