水利工程中大體積混凝土裂縫成因及預防措施

高正旺

（安徽水利開發股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 前言

隨著我國經濟的快速穩定的發展，我國水利工程也得到飛速的前進；同時一些施工技術問題也逐漸呈現出來。例如，目前很多的大壩、水閘等水利工程中都使用了大體積混凝土，但由于混凝土的施工工藝、原材料質量及外界環境等因素，會產生一些裂縫。這些裂縫的存在，一方面會降低水工建筑物的抗滲能力，影響其結構的整體性；另一方面會導致水工建筑物內部碳化、鋼筋的銹蝕，降低材料的耐久性，影響水工建筑物的承載能力，危及水工建筑物的結構的穩定性。因此，分析裂縫的成因，并認真討論其預防措施，對水利工程建筑的應用有著重要的意義。

2 大體積混凝土裂縫產生的原因

2.1 施工工藝的原因

2.1.1 不當施工造成裂縫

由于在施工前，混凝土的攪拌和運輸時間過長，使得水分過度蒸發掉，導致在混凝土上產生不規則的收縮裂縫。

在施工中，由于主要混凝土模板剛度不夠，或者在施工時拆模過早，混凝土的強度明顯不足，使得構件在自重或施工荷載壓力下產生了裂縫。

2.1.2 振搗方式不當造成裂縫

由于混凝土坍落度比較大，凝結時間比較長，特別是在炎熱的夏天，澆搗好的混凝土表面被太陽暴曬，水分很快蒸發，形成一層幾毫米厚的“被子”，表面上看混凝土已凝結，但在其內部還遠未達到初凝，甚至還能流動。這樣的混凝土若不進行二次振搗和多次抹面，混凝土表面不可避免會出現裂縫。這樣不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開裂，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌致使混凝土產生不均勻沉降收縮而在結構厚薄交界處出現裂縫。

2.1.3 養護不當引發裂縫

澆筑混凝土后，初期養護工作管理不嚴，造成混凝土早期強度增長時失水，收縮量大，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現不規則的收縮裂縫；若表面不及時覆蓋進行潮濕養護，表面水分迅速蒸發，很容易產生收縮裂縫。目前，許多施工現場在澆筑混凝土時都不能做到及時覆蓋保溫養護，一般總要等到最后一遍抹光結束后才覆蓋，還有很多工地根本就不予覆蓋，結果混凝土表面開裂。

2.2 施工原材料因素

在水利工程中通常使用的混凝土是指水泥混凝土，主要由水泥、水、砂石集料組成，其中水泥和水起膠凝作用；集料起骨架填充作用。如果水泥或集料出現問題，很容易產生裂縫。

（1）水泥

水泥出廠時強度不足，水泥過期或受潮，可導致混凝土強度不足，從而引起混凝土開裂；水泥安定性不合格，水泥中游離的超標的氧化鈣在凝結過程中水化很慢，在水泥混凝土凝結后仍然繼續起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝上抗拉強度下降。

（2）砂、石骨料等

砂石粒徑太小、級配不良、孔隙率大，將導致水泥和拌和水用量增大，影響混凝土的強度，使混凝土的收縮加大。。砂石中通常含有各種有害物質，如云母、泥土、有機物、硫酸鹽與硫化物等。這些物質一定程度上降低了集料與水泥石的粘附性。

2.3 外界環境因素

2.3.1 溫度

混凝土在硬結過程中，由于水泥的水化作用，在初始幾天產生大量的水化熱，混凝土溫度升高。而大體積混凝土結構一般較厚，導熱不良，相對散熱小，所以大量的熱量聚集在結構內部；無論是溫升階段還是溫降階段，混凝土中心溫度總是高于混凝土表面溫度。因此，混凝土中心與表面各質點間的內約束以及來自地基及其它外部邊界約束的共同作用，使混凝土內部產生壓應力，混凝土表面產生拉應力。當這種應力超過了混凝土可以承受的抗拉強度時，就會產生裂縫。

2.3.2 鋼筋被氧化

由于混凝土質量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長了約2～4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，導致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫。

3 裂縫的預防措施

3.1 設計過程的措施

3.1.1 在設計過程中，可采用降低水泥用量的方法來降低混凝土的絕對溫升值，可以使混凝土澆筑后的內外溫差和降溫速度控制的難度降低，這是大體積混凝土配合比選擇的特殊性。

3.1.2 在原材料選擇時，可選擇強度等級C25-35內的水泥，用量最好不超過38kg/m；粗骨料選用5-25mm或5-40mm的石子，減少混凝土收縮；細骨料采用中、粗砂，控制含泥量小于1.5%；可適當使用摻合料及外加劑，國內當前用的摻合料主要是粉煤灰；使用的配筋盡可能采用小直徑、小間距。

3.1.3 大體積混凝土工程施主前，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的溫度、溫度應力及收縮力進行驗算，確定施工階段大體積混凝土澆筑塊體的升溫峰值、內外溫差不超過25℃，制訂溫控施工的技術措施。

3.2 施工過程的措施

3.2.1 混凝土的拌制、運輸必須滿足連續澆筑施工以及盡量降低混凝土出罐溫度等方而的要求。當炎熱季節澆筑大體積混凝土時，混凝土攪拌場站宜對砂、石骨料采取遮陽、降溫措施；當采用泵送混凝土施工時，混凝土的運輸宜采用混凝土攪拌運輸車；必要時采取預冷骨料（水冷法、氣冷法等）和加冰攪拌等；澆筑時間最好安排在低溫季節或夜間，若在高溫季節施工，則應采取減小混凝土溫度回升的措施。

3.2.2 在混凝土澆筑過程中，應及時清除混凝土表面的泌水。

3.2.3 混凝土澆筑完畢后，應及時按量按技術措施的要求進行保溫養護。保溫養護措施，應使混凝土澆筑塊體的里外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求；保溫養護的持續時間，應根據溫度應力加以控制、確定，但不得少于15d；保溫養護過程中，應保持混凝土表面的濕潤，以提高混凝土塊體承受外約束應力時的抗裂能力，達到防止或控制溫度裂縫的目的；在大體積混凝土保溫養護過程中，應對混凝土澆筑塊體的里外溫差和降溫速度進行監測；不得采用強制、不均勻的降溫措施；在大體積混凝土拆模后，應采取預防寒潮襲擊、突然降溫和劇烈干燥等措施。

3.3 檢測過程的措施

3.3.1 大體積混凝土的溫控施工中，不僅要進行水泥水化熱的測定，還需進行混凝土澆筑溫度的監測，在養護過程中應進行混凝土澆筑塊體升降溫、內外溫差、降溫速度及環境溫度等監測。

3.3.2 大體積混凝土澆筑塊體溫度監測點的布置。溫度監測的布置范圍以所選混凝土澆筑塊體平面圖對稱軸線的半條軸線為測溫區；在測溫區內，溫度監測的位置可根據混凝土澆筑塊體內溫度場的分布情況及溫控的要求確定；在基礎平面半條對稱軸線上，溫度監測點的點位不宜少于4處；保溫養護效果及環境溫度監測點數量應根據具體需要確定。

3.3.3 測溫元件的安裝位置應準確，固定牢固；其引出線應集中布置，并加以保護；混凝士澆筑過程中，下料時不得直接沖擊測溫元件及其引出線，振搗時，振搗器不得觸及測溫元件及其引出線。

4 總結

混凝土裂縫是水利建筑物結構中普遍存在的現象。裂縫的存在不僅降低了水利工程建筑的外部美觀，另一方面會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，影響水利建筑物的承載能力。經過實際工程的檢驗，通過本文的預防措施，可以很好的減少裂縫的產生。在今后的水利工程中，需要繼續采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現，以證水利工程建筑物的構件的安全、耐用。

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