水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理
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作者: 赵玉珍
摘要：本文分析了水工结构大体积混凝土裂缝形成的原因，主要从施工的因素、混凝土本身的因素以及设计的原因三大方面步步递进、层层深入进行了分析，同时结合实际情况从合理安排混凝土施工进度、工序、加强施工过程混凝土浇筑和振捣、埋设冷却水管以及加强混凝土养护几个方面来控制水工结构混凝土裂缝，对实际工程有一定的参考价值。
关键词：水工结构；大体积混凝土；裂缝成因；冷却水管
中图分类号：U655.56 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）04-0048-02
近年来随着国民生活水平的普遍提高，普通群众的用电需求量越来越大，这一显著变化带来了水电工程的飞速发展，但是由于水利水电工程等构筑物体积非常巨大，容易产生各种类型的裂缝。这种裂缝有些是自身原因造成的，有些是因为外部环境因素造成的，一旦水工结构物产生裂缝，将对其功能和使用产生较大的影响，因此我们必须在裂缝产生前对其进行控制，同时分析产生裂缝的原因，并采取必要的控制措施来避免裂缝的产生。研究大型水工结构物混凝土裂缝的形成原因，以及针对裂缝的控制措施有巨大的经济和社会意义。
1.大体积混凝土裂缝成因
水工混凝土结构产生各种裂缝的原因，根据产生裂缝的影响因素可以分为单因素裂缝和多因素裂缝，经统计分析可以知道，不同裂缝产生的原因主要有施工原因、混凝土自身原因、设计原因等。
1.1施工因素
水工结构物由于体积巨大，施工中需要考虑的因素比较多，由于本身比较复杂所以需要注意的问题也比较多。具体施工因素可以分为以下三大类：施工工序、浇筑振捣方式以及养护不当等原因。
1.1.1施工工序原因
一般情况下混凝土结构物一般需要先支模，后绑钢筋，再进行混凝土的浇筑，大型的水工结构物混凝土浇筑需要分几次进行浇筑，每次浇筑的混凝土量是需要控制的。在浇筑混凝土过程中，当浇筑完一次混凝土后，第二次再进行混凝土的浇筑时需要考虑时间因素，两次浇筑的时间不能间隔太长，如果两次浇筑的时间间隔太长，会使配制好的混凝土中水分损失，对混凝土的坍落度影响较大，会造成后期浇筑后混凝土产生不规则的裂缝；部分现场施工人员直接在混凝土中加水，又会影响配制好的混凝土的性质。浇筑完后需对混凝土进行养护，然后进行模板拆除，但施工时，会出现拆模过早，而导致混凝土结构达不到设计标准，不能满足各种荷载组合，从而导致裂缝的产生。
1.1.2浇筑振捣原因
混凝土的浇筑和振捣应该是一个有计划的过程，错误的浇筑和振捣方式将造成混凝土表面产生表面浮浆现象，有些更为严重的则会产生混凝土的分层甚至是离析现象，慢慢的就会有可能导致混凝土的开裂，产生裂缝后混凝土中的砂浆则会往低处进行流动，慢慢的就会造成材料的分布不均匀，最终导致混凝土在结构交界面处产生裂缝。
1.1.3养护不当原因
水工结构物因养护不当产生的裂缝非常多，现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因之一。混凝土浇筑完成后就需要进行后期养护，混凝土表面如果比较干燥，则会造成混凝土表面和内部的水分容易迅速蒸发，从而造成混凝土表面和内部产生大量的收缩，造成裂缝。
1.2混凝土自身的因素
水工结构物由于混凝土自身原因造成的裂缝，大致可以分为混凝土的收缩、水泥的水化热以及混凝土所用材料的影响这三大类，具体每个类型具体的原因如下所述。
1.2.1混凝土的收缩
混凝土的收缩可以分成以下几大类型，一个是干燥收缩、温度收缩、碳化收缩等。混凝土在凝固过程中，将会受到其它的各种力的综合作用。收缩就会产生变形，变形过大就会导致混凝土开裂。
1.2.2水泥的水化热
大体积的水工结构物在浇筑过程中会产生大量的热量，这种热量主要是由于水化原因产生的，由于大体积的水工结构物本身体积太大，产生的大量热量无法及时排出，另外由于混凝土本身也是一种不良的热传导体，因此在水化过程中产生大量的热量是无法快速的扩散出去。根据相关统计资料说明，水化热会在水工结构内部产生25度左右的温度，甚至是更高的温度。由于在混凝土浇筑前期，水工结构物的弹性模量较低，对水泥水化热产生的巨大温差效应的约束并不明显，因此产生的温度应力达不到产生裂缝的程度，但是随着混凝土弹性模量的增大，对混凝土内部约束愈来愈大，就会产生相当大的拉应力，最终出现温度裂缝。
1.2.3混凝土所用材料的影响
混凝土的原材料主要有水泥，石头和外加剂，这三种材料是影响水工结构物开裂的重要因素。
水泥的种类对干缩值影响很大，采用矿渣硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥收缩值大25%左右。水泥的细度对干缩值影响也很大，水泥越粗，则越不容易开裂。
混凝土中碎石粒径的大小也直接影响着水工混凝土结构物是否开裂，粒径越小越均匀，结构物产生裂缝的可能性就越小，粒径越大产生裂缝的可能就越大。
在实际工作中，为了满足特殊功能，需要在混凝土内添加外加剂，比如说早强剂，膨胀剂等，这些外加剂都具有某些特殊的功能，但是为了满足这些特殊的功能需要付出的代价比较大，平时我们的养护需要注意的问题也比较多。若养护不到位很容易产生各种类型的裂缝。
1.3结构设计及荷载因素
在实际运行中，混凝土结构超设计标准运行，造成混凝土构件内部被破坏，或者在设计之处，荷载考虑不当或者未能充分考虑配筋布置和钢筋用量等问题，造成结构强度不够或超筋破坏问题。
2.水工大体积混凝土温控防裂措施
2.1合理安排混凝土施工进度和工序
施工进度和工序直接影响到最终的混凝土质量，应该充分认识到进度和工序对混凝土质量的重要性，我们应该遵守以下基本原则：
（1）遵守设计的施工步骤，按图施工，不越图施工，应根据不同结构物进行施工工序的调整，不照搬已有的施工方案。
（2）分次浇筑的时间应把握好，在浇筑间歇期间应控制两侧的混凝土水分，保持其水分不丢失，以控制其最佳的配合比。
（3）施工工序和进度应充分考虑天气原因，天气过冷或者是过热应采取措施防止裂缝的产生。
2.2加强施工过程混凝土浇筑和振捣
（1）为防止混凝土发生离析现象，吊头口自由落地的高度不得超过2米，若浇筑高度超过3米应采取溜管和串桶的措施。
（2）浇筑过程中应分段分层连续进行，分段的方法有竖直分段和斜向分段，每一层的浇筑高度应根据实际浇筑设备和人员确定。
（3）当使用插入式振捣器进行振动时，应保持快插慢拔的方式进行，重点要均匀的排列，做到不遗漏顺序进行。振动器使用时，振捣器距离模板不应大于振捣器作用半径的0.5倍，且不宜紧靠模板。
（4）浇筑混凝土应连续进行。若必须间歇，时间应尽量的短，若时间超过两个小时，应按施工缝进行处理。
（5）浇筑过程中应时刻记得观察钢筋、预留洞、预埋件的情况，发现问题应在混凝土初凝完成前处理好，以免初凝完成后无法处理。
2.3埋设冷却水管
在混凝土内部通过埋设冷却的水管，同时在水管内部通冷水，通过在混凝土内部采用连续流动的冷水来降低内部的温度，最终达到减小内外部的温差，预防裂缝的产生。
2.4加强混凝土养护
混凝土的养护包括自然养护和蒸汽养护。一般情况下都是采用的是自然养护方法，有条件的情况下可以采用蒸汽养护。
混凝土的自然养护大致可以分为除去表面覆盖物养护和带模养护两大类，在带模养护期间，应采取带模包裹、浇水等基本的措施进行养护，保证不干燥。在混凝土浇筑后48小时左右可以稍微松开点模板，这种方法可以保证拆模较为顺利，最后再继续洒水养护至规定龄期。
3.结束语
本文在分析了水工结构大体积混凝土裂缝形成的原因，同时考虑了针对裂缝产生原因的控制措施，讨论了裂缝成因以及裂缝控制措施，对实际的工程具有一定的参考意义。
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