淺析水利工程混凝土裂縫產生原因及對策

【摘要】本文對水利工程中混凝土工程中常見的一些裂縫問題進行了探討分析，并針對具體情況提出了一些預防措施。

【關鍵詞】混泥土裂縫；水泥水化熱；預防措施

混凝土裂縫產生的原因很多，有變形引起的裂縫：如溫度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫；有外載作用引起的裂縫；有養護環境不當和化學作用引起的裂縫等等。在實際工程中要區別對待，根據實際情況解決問題。

混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的，由于裂縫的存在和發展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕，降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗滲能力，影響建筑物的外觀、使用壽命，嚴重者將會威脅到人們的生命和財產安全。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩定發展所致。近代科學研究和大量的混凝土工程實踐證明，在混凝土工程中裂縫問題是不可避免的，在一定的范圍內也是可以接受的，只是要采取有效的措施將其危害程度控制在一定的范圍之內。鋼筋混凝土規范也明確規定[1]：有些結構在所處的不同條件下，允許存在一定寬度的裂縫。但在施工中應盡量采取有效措施控制裂縫產生，使結構盡可能不出現裂縫或盡量減少裂縫的數量和寬度，尤其要盡量避免有害裂縫的出現，從而確保工程質量。

1、水利工程中混凝土裂縫產生的原因

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現出一些非均質的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后，微裂縫就會不斷的擴展和連通，最終形成我們肉眼可見的宏觀裂縫，也就是混凝土工程中常說的裂縫。

1.1水化熱大，體積變化大

由于混凝土體積大，水泥水化產生的熱量不易散發，引起體積變化大。由于體積變化，受到約束，因此產生內應力，約束有兩種：

1.1.1 外部約束。混凝土澆筑在巖石上或老混凝土上，其體積變化受外部巖石或老混凝土約束，初期因水泥急劇水化升溫，體積膨脹，處于受壓狀態，但混凝土彈性模量低，產生壓應力很小；后期水泥水化熱減小，散熱量大于水化熱量，溫度降低，體積收縮，受巖石或老混凝土約束，由受壓狀態變為受拉狀態，產生拉應力，而導致裂縫。

1.1.2 內部約束。由于內部水泥水化熱不易散發，而表面的容易散發，使表面溫度低于內部。相對來講，內部體積膨脹受表面約束處于受壓狀態，表面則體積收縮受內部約束，產生拉應力，從而導致裂縫產生。

1.2混凝土抗拉能力低

混凝土是脆性材料，抗壓能力高，抗拉能力低。抗拉強度約為抗壓強度的0.1倍；極限拉伸也很小，通常不足1×10-4。因此，水利工程中混凝土溫度變形受約束時產生的拉應力很容易超過極限抗拉強度，而產生裂縫。本文將針對上述原因提出防裂措施。

2、水利工程中混凝土裂縫的預防措施

2.1減小溫度變形

2.1.1優化設計配合比，控制水泥水化熱

（1）水泥的選擇。由于礦物成分及摻加混合材料數量不同，水泥水化熱差異較大。鋁酸三鈣、硅酸三鈣含量高的，水化熱也高；因此，為了降低水化熱，減小體積變形，水利工程中混凝土一般不宜使用水化熱高的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，應使用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥，如有條件，可適當摻加活性混合材料（例如粉煤灰）以降低水化熱。例如安峰山水庫除險加固工程采用沂州水泥廠水泥，摻I級粉煤灰，使水泥在進樓前溫度不超過60℃，減小了溫度變形。

（2）盡量節約水泥用量。水泥水化產生的熱量是水利工程中混凝土溫度變化而導致體積變化的主要根源，比干濕、化學變化引起的體積變化要大得多，因此應盡量降低水泥用量。在滿足工程需要的情況下，盡量降低設計強度，以減小水泥用量。利用水利工程工期較長，充分利用混凝土后期增長的強度，采用較長的設計齡期。水利工程的施工時間較長，有的長達幾年，因此可采用較長齡期，所以常規齡期28d的設計強度就可降低，從而減少水泥用量。精心設計、調整混凝土的骨料粒徑和級配，最大粒徑越大，骨料的空隙率和比表面積越小，混凝土的水泥漿及水泥用量就越小。

（3）外加劑優選?；炷镣饧觿┮寻l展為混凝土不可缺少的一部分，夏季施工時，使用具有一定緩凝和能大幅度降低混凝土單位用水量的緩凝高效減水劑，能大量減少混凝土的總發熱量降低混凝土的水化溫升。例如安峰山水庫除險加固工程采用高

效減水劑，降低混凝土溫度，減小溫度變形。

3.1.2拌和制冷，控制出機口溫度

主要技術要求。拌和制冷的主要目的是控制混凝土出機口溫度，出機口溫度按施工季節、澆筑區域、結構部位等確定。主體建筑物基礎約束區重要結構部位混凝土除冬季12～2月可采用自然入倉外，其它季節一般出機口溫度不超過7℃，脫離約束區的混凝土除11～3月采用自然入倉外，其它季節拌和樓出機口溫度一般不超過14℃。拌和制冷工藝。制冷工藝的好壞極大影響混凝土的預冷和溫升的控制效果。

3.1.3遮陽、覆蓋與倉面噴霧調節環境溫度，控制溫升

因拌和樓與施工場地有一定距離，在運輸過程中應控制溫升，可在車箱頂部設置遮陽蓬，供料線上覆蓋遮陽板。為防止倉面混凝土溫升過快，在澆筑過程中對入混凝土拌和物及澆筑層面進行覆蓋保溫，避免太陽直射。并噴霧降溫，包括拌和樓前噴霧和倉面噴霧。

3.1.4混凝土通水冷卻

施工初期通水主要作用是削減混凝土初期溫度高峰，削減水利工程中混凝土內部的最高溫度，使其最高溫度不超過允許的最高值；中期通風是降溫過程，削減混凝土內外溫差，在冬季特別重要；后期通風主要是穩定混凝土內部溫度，為接縫灌漿創造條件

3.1.5混凝土表面養護與保溫

在混凝土澆筑完畢后，對表面應及時進行養護，在一定時間內保持適當的溫度和濕度，造成混凝土良好的硬化條件，是保證混凝土強度增大、不發生干裂的必要措施。

3.1.6科學組織施工

要達到良好的溫控，還需科學地組織施工，要求做到以下幾點：

（1）澆筑順序合理、澆筑時段應盡量避免高溫。

（2）加快入倉速度。

3.2消除或降低約束

（1）內部約束無法消除或降低。

（2）水利工程中，外部約束主要取決于基巖的彈性模量，彈性模量越高，約束程度越大。而要降低基巖的彈性模量是難以做到的。若要降低下層混凝土的彈性模量，可在其未充分硬化時澆筑。采用線脹系數小的骨料，避免體積變化過大。

（3）防止凍害裂縫的產生。因為環境的因素，水利工程中混凝土特別要防止凍害裂縫，一種是混凝土在凝結后未達到要求強度時發生凍結，結冰的膨脹將引起混凝土破裂并造成不可恢

復的強度損失，另一種是交替凍融對硬化混凝土的破壞。例如松山堆石壩面板產生裂縫的主要原因是壩體內存有積水，冬季導致凍脹，將面板鼓起造成破壞。所以要防止滲水，其中包括水庫的滲水及兩邊山體的滲水。

3.3提高抗拉能力

目前提高抗拉強度的方法是配筋、摻加纖維、用聚合物浸漬等，但是這些措施不是很經濟，且有局限性，只能有選擇地采用。

4、結束語

綜上所述，要防止水利工程中混凝土的裂縫，主要應使用水化熱低的水泥，降低水泥用量，采用合理的施工方法，做好冷卻和表面隔熱，防止滲水，具體施工時，結合工程的實際情況，采用相適應的措施。

參考文獻：

[1] 原發.關于加強水利工程施工管理的必要性[J].黑龍江科技信息，2012，（02）.

[2] 李志明.水利工程施工技術探討[J].科技創業，2013，（07）.