水工混凝土裂缝的出现和防治

水工混凝土裂缝的出现和防治

刘林杰袁吉栋王锋

(河北工程大学，河北 邯郸056038)

【摘要】混凝土裂缝普遍存在于水工建筑之中, 裂缝出现会对混凝土建筑物的正常使用造成不同程度的影响，然而现阶段的水利工程技术尚不能完全解决此类问题。本文通过对裂缝理论上的成因和施工中造成裂缝出现的影响因素进行综合分析，提出设计上以及施工中对应的技术措施，减少裂缝出现，降低其对建筑物的危害。

【关键词】水工混凝土；裂缝；技术措施

中图分类号：TV431

Emergence of hydraulic concrete cracks and prevention measures

LIU Linjie, YUAN Jidong, WANG Feng

(HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China)

Abstract:Concrete cracks are prevalent in hydraulic structures, which can cause influence on normal use of concrete buildings at varying degrees. However, hydraulic engineering techniques cannot solve similar problems completely at present. In the paper, theoretical cause of cracks and influence factors causing cracks in construction are comprehensively analyzed, corresponding technical measures in design and construction are proposed, thereby reducing cracks and lowering its harm on buildings.

Key words: hydraulic concrete; crack; technical measure

大量的工程统计表明，多数混凝土建筑物都存在裂缝。在水利水电工程建设中，裂缝也是水工混凝土最常见的缺陷之一。裂缝在外表上影响建筑物的同时，在结构上也对建筑物的整体性造成了很大的影响。水工建筑物通常处在强大的水压力下，裂缝在渗水、漏水的同时也大大降低了建筑物的使用安全性。因此，为保障水工建筑物的安全运行，发挥其应有的工程效益，科学地分析裂缝的成因以提出相应的控制措施已经变得刻不容缓。

1水工混凝土裂缝形成的原因

由于混凝土是由多种原材料按照一定比例混合、后期经过人工的浇筑凝结硬化而成的，因此混凝土裂缝形成的原因众多，从混凝土的制作和使用来说，主要可以概括为材料、 设计、 施工以及工程使用环境等原因。

1.1材料原因

a.水泥品种选择和用量不当。矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的收缩系数不同，前者的收缩系数比后者大，选择两者时要充分考虑后期混凝土的收缩性不同。混凝土在拌和时，水泥的用量要合适。水泥选用量大，则混凝土前期的水化热大、后期的收缩量大，极易造成混凝土凝结硬化时产生温度和干缩裂缝。

b.水泥标号及混凝土强度等级选择。水泥标号选择越高，前期强度越高，导致裂缝几率越大； 混凝土设计强度等级越高， 混凝土脆性越大，后期凝结硬化时在内应力作用下， 越容易出现裂缝。

c.骨料原因。大体积水工混凝土需要大量的骨料，这就造成在混凝土施工时骨料的来源广泛。不同材质的骨料应有其唯一的骨料级配。实际工程中若以某一固定的级配拌和所有的骨料，必将造成混凝土单位用灰量增加，拌和用水增加，从而导致后期收缩量增加，诱导混凝土产生干缩裂缝。

d.外加剂和掺合料用法用量不当。添加剂的加入，使混凝土实现了工程建设需要的早强、缓凝等。但不当的用法和用量也会使混凝土后期收缩量增加,形成裂缝。

e.其他原因影响。包括砂石料中含土量过大、石料碱活性强等。

1.2设计原因

a.结构局部受力不合理。混凝土材料抗拉能力很小，在受极限拉应力时极容易出现裂缝。例如：结构设计断面出现突变，在相应的部位没有配置足够的钢筋，造成结构出现局部应力集中，混凝土受拉应力过大，出现裂缝；结构设计中构造钢筋数量较少，部分断面钢筋用量不足，导致结构受拉时钢筋形变量过大，混凝土受拉造成裂缝；在设计时对结构不均匀沉降、 混凝土收缩变形等内应力考虑不充分，致使混凝土局部拉应力过大，造成混凝土拉裂。

b.选材及配合比原因。设计时选择的混凝土等级过高，造成混凝土单位用灰量增加；设计配合比中水灰比、砂率选择不当，造成混凝土和易性较差，混凝土后期硬化时泌水、离析，产生收缩裂缝。

1.3施工原因

a.拌和过程。混凝土拌和时间过短，骨料拌和不均匀；混凝土拌和时间过长，混凝土产生离析，水量挥发增加，造成混凝土强度降低、坍落度增加，破坏外加剂的工作性，造成后期混凝土出现裂缝。

b.运输过程。运输距离过远，混凝土在运输过程中泌水，和易性降低，坍落度增大；运输过程中外界温度过高，造成混凝土失水严重，混凝土失水初凝，入仓强度降低；外界温度过低，混凝土中水分结冰，破坏混凝土结构，结构强度大大降低等。

c.浇筑过程。混凝土振捣时间控制不合理。振捣时间过短，混凝土密实度小，混凝土后期内部出现蜂窝，模板表面出现麻面；振捣时间过长，大量骨料沉积到底部，骨料间水泥浆含量过低，骨料之间黏结力不足，后期受拉时极易出现裂缝。混凝土浇筑温度控制不当。外界温度较高时，内部降温设施不布设或者设置不合理导致混凝土内部温度过高，混凝土出现温度裂缝；外界温度较低时，混凝土外表面保温设施布置不合理，混凝土外表面温度较低，表层混凝土水化不充分。混凝土浇筑分块不合理、浇筑顺序不对、混凝土保护层不够等都会导致混凝土后期受力时出现裂缝。

d.养护过程。混凝土浇筑完毕后要及时洒水养护。混凝土后期洒水不及时极易造成混凝土凝结硬化过程中脱水，形成早期的干缩裂缝。大体积混凝土浇筑完毕后缺少二次抹面，表面也易出现干缩裂缝。

1.4工程使用环境原因

a.受力原因。混凝土后期受到超过设计应力的荷载。例如：建筑物后期出现较大程度的沉降，结构内部出现较大的应力；地震、火灾等意外灾害也可导致混凝土出现裂缝。

b.化学侵蚀。因混凝土保护层厚度或密实度不够，后期内部出现碳化或者含氯化合物的侵入，破坏混凝土内部碱环境造成钢筋腐蚀，钢筋腐蚀产生较大的膨胀应力，钢筋与混凝土间黏结力几乎丧失，钢筋混凝土结构承载力大大降低，受力条件下出现更多裂缝，混凝土进一步被破坏。

c.极端环境破坏。随季节的变化，混凝土在反复冻融循环下逐步破坏。

2防治混凝土裂缝的相关措施

根据以上混凝土裂缝的形成原因分析，混凝土的裂缝成因较复杂，涉及前期混凝土材料的选择、混凝土中期设计以及混凝土的后期施工等，因此应从混凝土的材料、 设计及施工等方面进行分析, 采取综合控制措施,减少水工混凝土各种裂缝的出现。

2.1材料的选取

a.水泥的选取。应优先选择低水化热和中水化热的硅酸盐水泥，从根本上降低混凝土后期凝结硬化时因高水化热而造成的温度裂缝。

b.骨料的选取。选择质地良好、级配优良的砂石骨料。应优先选择石灰岩、 玄武岩等热膨胀系数小、粒径较大的粗骨料，以中、粗砂为主的细骨料。骨料应粒径均匀、含泥量低(如石骨料不应超过1%，砂骨料不应超过2%)。

c.掺合料和外加剂。积极采用水工混凝土掺合料和外加剂。使用掺合料和外加剂可以减小水灰比和水泥用量、 降低混凝土绝热温升、 降低水化热放热速率、 延缓温度峰值出现的时间、 改善水工混凝土的工作特性, 从而极大降低产生裂缝的几率。

2.2合理的设计形式

设计中应尽量避免结构出现断面突变或尖角孔洞等，充分考虑不均匀沉陷、 混凝土收缩等易引起应力集中的因素，根据水工建筑物的抗裂要求选用适宜的结构形式。

2.3合理化施工

a.温度控制。春夏季温度比较高，拌和骨料时可以加入冷水或者用水清洗砂石骨料以降低骨料浇筑入仓时的温度；浇筑时降低混凝土浇筑厚度，利用混凝土的多层面散热；在混凝土浇筑时预设冷凝管，避免混凝土后期凝结硬化时内部凝聚热量，造成混凝土因温度应力形成裂缝。秋冬季温度比较低，混凝土后期凝结硬化时注意保温，防止混凝土因温度变化过于剧烈出现收缩裂缝。在寒冷的地区或者薄壁结构的建筑物中，要尤其注意防止混凝土外表面结冰。

b.运输过程。选用的专业的运输设备，保证水工混凝土在运输过程中不发生分离、 漏浆、 严重泌水及温度回升过多和降低坍落度等现象。混凝土运输距离大时，应有遮盖或保温设施, 避免因日晒、 雨淋、 受冻而影响混凝土的质量。

c.浇筑过程。混凝土的浇筑过程控制是混凝土质量控制的重中之重。首先，混凝土浇筑层厚度应根据原料的供应速度、振捣速度、浇筑气温和振捣器类型等确定，确保浇筑过程中混凝土不出现漏振、过振和初凝等情况。混凝土振捣时间以该位置混凝土不再显著下沉、 不出现气泡、表面开始泛水泥浆时为准。其次，在大面积混凝土施工时采用分层、分段式推进, 大体积混凝土采用分段、 等坡度、薄层浇筑、 循序推进、 一次到顶的方式，利用自然流淌形成斜坡混凝土的浇筑方法, 能够较好地适应泵送工艺, 可避免经常拆卸输送混凝土管道, 提高泵送效率, 简化混凝土的泌水处理, 确保上下层混凝土不超过初凝时间。最后，混凝土浇筑完毕，待表层混凝土建立一定强度后，按照建筑物设计标高修正混凝土高度，多余部分用长刮尺刮平, 在初凝前后用滚筒来回碾压数遍, 将混凝土表面压光打磨，待接近终凝前, 用木楔再打磨一遍, 使收缩裂缝闭合,覆盖保温材料保湿养护。

d.养护和拆模。混凝土浇筑完毕后，要及时进入保温保湿养护阶段。刚浇筑不久的混凝土尚在凝固硬化阶段,水化的速度较快。一般在浇筑完毕后12～18h内即开始养护, 整体养护时间不少于14d,结构重要部位至少28d。养护过程中要注意混凝土的保温，防止混凝土因内外温差较大出现表面裂缝和温度裂缝。

混凝土拆模时间应根据当地的气温和混凝土建立的强度确定。事实表明，在一定程度上延长混凝土的拆模时间，有利于控制混凝土裂缝。

3结语

由以上分析可知，混凝土裂缝的形成是多因素综合影响的结果。为防止出现裂缝必须从混凝土的结构设计、原料选择、温度控制、施工养护的方式方法等多方面考虑。这就需要技术人员结合施工现场情况，多方位考虑，采取综合措施加以控制。相信随着水利水电科学技术的发展，混凝土裂缝的问题能够更好地得到解决。

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水电最大单机容量机组投产

水电装机提前一年半完成“十二五”规划目标，全年发电量达10661亿千瓦时，同比增长19.7%，占全国发电量的19.2%，比上年提高2.6个百分点。

虽然相比2013年，2014年水电增长势头有所减缓，但新增装机仍超过2000万千瓦，提前一年半完成“十二五”规划目标，水电发电量达10661亿千瓦时，同比增长19.7%，占全国发电量的19.2%，比上年提高2.6个百分点，水电设备平均利用小时3653小时，同比增加293小时。

在2014年，世界第三大水电站、我国第二大水电站溪洛渡电站，我国第三大水电站向家坝电站，我国第四大水电站糯扎渡水电站全面建成投产。同时，西藏第一座大型水电站、雅鲁藏布江干流上第一座水电站藏木水电站投产发电，我国藏区综合规模最大的水电站工程、拥有国内最高土石坝的雅砻江两河口水电站开工建设。其中尤其是溪洛渡水电站和向家坝水电站，总装机容量加起来达2026万千瓦，相当于又投产一座三峡水电站。在投产运行中，这两座电站26台水电机组均顺利实现“零非停”和“首稳百日”目标。

众多大型水电站先后投运，我国水电机组整体水平稳步提升。从三峡电站单机容量70万千瓦，到溪洛渡电站单机容量77万千瓦，再到向家坝电站的单机容量81.2万千瓦，拥有自主知识产权的国产机组不断刷新世界纪录，标志着我国在大型水轮发电机组设计、制造、加工、安装、运行等方面均达到了世界一流水平。随着未来乌东德、白鹤滩等大型水电站的建设，我国单机容量百万千瓦级特大型水电机组的问世也已指日可待。

来源：中国农村水电及电气化信息网2015年3月17日

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201503/t20150317_628234.html