水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理

水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理

梁远东

关键词：水工结构；大体积混凝土；裂缝成因；控制处理；措施

1大体积混凝土裂缝成因

在水工结构中大体积混凝土产生裂缝的原因十分复杂，受多种因素共同影响，主要包括施工因素、混凝土自身因素、结构设计以及受力荷载等方面。

1.1混凝土自身的因素

1.1.1混凝土的收缩

收缩是混凝土的一大特性，则易产生变形，从而导致裂缝。在水工结构中，混凝土的收缩受水泥类型、水灰比、细度、骨料性质等多种因素共同影响，就大体积混凝土而言，早期收缩以冷缩主，而长期收缩则以干燥收缩为主，但在其凝固硬化过程中，会受各种收缩类型的综合作用影响而产生变形，从而导致混凝土结构产生裂缝。

1.1.2水泥的水化热

在水工结构混凝土浇筑凝固过程中，由于水泥的水化过程中产生大量的热量而引起温度的变化，在大体积混凝土中水泥水化过程的温度一般可达20～25℃甚至更高。一般而言，在一些结构较小的混凝土中，其水化过程产生的热量易散发。而大体积混凝土由于其结构尺寸较大，加上混凝土本身导热性差，从而导致其在水化过程中产生的热量聚集在混凝土内部无法扩散。由于水工结构混凝土浇筑前期的弹性模量较低，对水泥水化产生温度变化而产生变形的约束力较小，在混凝土所能承受的拉应力范围内，不易产生裂缝。而随着混凝土弹性模量增大，其内部拉应力也随之增大，当其超出混凝土所能承受的拉应力限值时，则会产生温度裂缝。

1.1.3制作混凝土原材料的影响

制作混凝土的原材料主要包括石头、水泥及外加剂等，是影响水工结构混凝土产生裂缝的因素之一。而混凝土产生裂缝会受收缩值、弹性模量以及强度的影响。首先，水泥种类的不同对干缩值的影响不同，一般而言，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。因此，当水泥采用不当时易造成干缩差别大而引起裂缝。其次，水泥细度也会对干缩值产生影响，水泥越细，表面积越大，越容易开裂；最后，混凝土的收缩值和强度与水灰比及水的用量有关，用水量较多时，硬化过程中水分损失较大，混凝土的收缩值也较大、而强度降低。另外，在实际施工中，为了实现某些特殊功能，通常会在混凝土中加入膨胀剂等外加剂，却会造成后期养护过程中出现各类问题，若养护不当则容易引起开裂。

1.2结构设计及荷载因素

引起水工结构大体积混凝土产生裂缝的成因中，结构设计及荷载因素的比例虽小，但其影响也不容忽视。在水工结构实际施工运行过程中，一方面若混凝土结构设计不当，当其超标准运行时会对混凝土内部构件造成破坏；另一方面，配筋、钢筋用量等荷载考虑不当，也会造成混凝土强度受到影响而引起开裂。

1.3施工因素

施工因素是造成水工结构大体积混凝土裂缝最主要的原因，主要包括施工不当、振捣方式不当以及养护不当等方面的原因。

1.3.1施工不当原因

一是，由于水工结构大体积混凝土通常采用分层浇筑的方法，且要控制每次浇筑混凝土的量，这就会形成混凝土浇筑时间差，而导致水分蒸发过多，影响其坍落度等性能，从而导致后期浇筑后的混凝土产生不规则的收缩裂缝；二是，施工现场人员直接在混凝土中加水，易使混凝土水灰比等配比产生变化，造成混凝土强度降低而引起开裂；三是拆模施工过早，导致混凝土主要结构部位强度未达标，养护期较短，从而造成混凝土未能承受构件自重或施工荷载作用而产生裂缝。同时，在施工时预留的孔洞、施工人孔等未采取钢筋加强措施，接头部位未能在规定时间内按施工缝处理方法规范操作等施工不当的原因也会引起混凝土产生裂缝。

1.3.2振捣方式不当的原因

在水工结构混凝土施工过程中，振捣方式不当容易使混凝土产生离析、分层以及表面浮浆等严重现象，久而久之可能会使混凝土面层产生开裂。当混凝土面层开裂到一定程度后，将可能造成混凝土砂浆流淌到低处，导致材料分布不均而使混凝土结构交界处极易产生裂缝。

1.3.3养护不当的原因

现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因之一。一方面，当混凝土浇筑完成后需要对其后期进行养护管理工作，而混凝土表面会出现干燥现象，若不及时覆盖进行潮湿养护，会导致其表面或内部水分快速蒸发，尤其在高温、风大的天气，从而导致混凝土表面或内部产生裂缝；另一方面，对于水灰比较小、胶凝材料含量较大的高性能混凝土，若养护不当也会引起混凝土干缩严重而产生裂缝。

2水工结构大体积混凝土温控防裂处理措施

2.1提高混凝土抗裂能力

在水工结构大体积混凝土的施工过程中，提高混凝土的抗裂能力有利于有效地处理并解决由于混凝土收缩而产生裂缝的问题。大量工程实践表明，选用具备一定微膨胀性能的混凝土，能在一定程度上补偿部分温度收缩变形，减少混凝土内部约束应力，从而提高其抗裂能力，有利于防止产生裂缝。因此，在水工结构混凝土施工过程中，不仅要对混凝土变形收缩而产生的拉应力等因素，还要考虑其防裂能力的提高，选用适合工程施工要求的微膨胀混凝土。

2.2合理安排与控制混凝土施工进度与工序

合理安排与控制混凝土施工进度与工序，能有效地防止水工结构大体积混凝土产生裂缝现象。首先，合理选择基础约束区混凝土的施工时间，最好在低温季节进行施工，在其浇筑过程中，应在其规定间歇期内连续均匀上升，规范操作，以防止出现薄层长间歇等不良现象；其次，除了基础约束区以外的混凝土施工区域，则采取断间歇，连续均匀向上的浇筑施工方式；最后对于并缝区域的混凝土施工，要求将其降至稳定稳定，避免并缝施工不成功。

2.3适当降低混凝土的浇筑温度

在水工结构混凝土浇筑时，水泥的水化过程产生热量的影响会引起混凝土形成裂缝，因此，在其施工过程中，适当降低混凝土的浇筑温度，尤其在高温天气，较为常用的方法主要是通过降低混凝土出机口的温度（一般为7~10℃），同时减少运输途中的温度回升，从而能有效处理混凝土裂缝问题。在实际操作中，采用降低水泥水化热温升主要从采用发热量低的中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水掺加外加剂、初期通水冷却等方面考虑。

2.4埋设冷却水管，加强混凝土的养护

一方面，通过在混凝土内部埋设冷却水管，采用连续流动的冷却水将混凝土内部温度降低，从而减小其内外温差，以防止产生裂缝；另一方面，水工结构大体积混凝土浇筑完成后，及时进行科学合理的养护管理工作十分重要，一般以自然养护方法为主，有条件的情况下可采取蒸汽养护，注意在养护过程中针对工程的实际情况选用最佳的养护方式，在混凝土浇筑48小时左右后，可稍微松开模板，有利于方便拆模施工，再进行后续的养护工作。

3结语

总之，在水工结构大体积混凝土施工过程中，造成其产生裂缝的原因多而复杂，主要包括施工、混凝土自身以及结构设计与荷载等方面的因素。在实际施工时，对造成混凝土产生裂缝的各类原因进行分析十分重要，从而能有针对性地采取相应控制处理措施。而温控防裂处理措施，通过提高混凝土抗裂能力，适当降低混凝土的浇筑温度，合理安排与控制混凝土施工进度与工序，埋设冷却水管，加强混凝土的养护，能有效地防止水工结构大体积混凝土施工中产生裂缝问题，进一步促进我国混凝土施工技术水平的提升。

参考文献

[1]汪秋明.水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理[J].广东建材，2011，（06）：101-103.

[2]赵玉珍.水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理[J].中国水运，2016，（04）：48-49.