水利工程大体积混凝土抗裂技术分析

曹二杰+王书果

摘 要： 大体积混凝土因其高强度、高抗震性能、经济适用等优势，在水利工程施工中得到了广泛应用。大体积混凝土施工技术，对水利工程整体质量有直接影响。而大体积混凝土的施工组织和施工技术相对复杂，施工难度也比较大。尤其是抗裂施工，要求施工单位必须加强对大体积混凝土的管理和监控，有效防止裂缝，全面提高施工质量。

一、大体积混凝土的概况

所谓大体积混凝土，是指在混凝土结构中，最小段在1米以上的混凝土结构。大体积混凝土受许多因素影响，结构断面内布置的钢筋比较多，结构尺寸比较大，混凝土的浇筑量也比较大。此外，混凝土也具有可塑造强、经济适用、抗震性好、强度高等优势。大面积的混凝土浇筑，在水化热作用的影响下，容易产生温度应力，进而形成裂缝。水利工程施工的项目比较多，大体积混凝土在水闸、涵洞、坝等施工项目中的应用尤为频繁大体积混凝土施工的技术难点，主要是裂缝。水利工程大体积混凝土结构物，由于其截面尺寸较大，一般由外荷载引起裂缝的可能性很小 但由于水泥在水化反应中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，会产生较大的温度应力和收缩应力，这将成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要原因。

二、大体积混凝土裂缝成因

1、收缩裂缝

混凝土在逐渐散热和硬化过程中引起的收缩应力是很大的。特别是大体积混凝土结构物，如果应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。在大体积混凝土中，即使水灰比不低，自身收缩量值也不大的情况下，但在与温度收缩叠加到一起时.就会使应力增大，所以在比较大的水工建筑物大体积混凝土施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。

2、温差裂缝

水泥水化热引起的混凝土内部与混凝土表面的温差过大。大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑.浇筑后。由于体积大水泥因水化引起水化热聚集在内部不易散发.其内部温度将显著升高，而其表面则散热较快，形成较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。此时，混凝龄期较短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度.则会在混凝土表面产生裂缝。

三、水利工程大体积混凝土抗裂施工要点分析

1、对温差裂缝的预防

由于温差造成混凝土结构出现裂缝，主要是因为水气化作用下，结构的内部和外部温度出现差异过大造成的，引起水汽热现象的主要原因是水与水泥的配置标准、外加剂及搀和剂的选择以及单位用水量等，还有就是对施工过程中的控制。所以，对施工技术的控制也避免大体积混凝土构造出现裂缝的有效办法，在实际工作中应该加以注意。

（1）浇筑厚度与速度的控制

浇筑大体积混凝土结构的方案一般可分为三类：全面分层、分段分层和斜面分层。对混凝土浇筑强度要求较大的是全面分层法，要求最小的是斜面分层法，在工程施工中，可以根据具体的捣实方法、尺寸与混凝土的供应能力来选择具体的浇筑方案，现在最常用的方法主要是斜面分层法。

（2）密实度的控制

为了使入模的混凝土成型和增加其密实度，就要对混凝土进行捣实作业。在混凝土进入到模内后，应该立刻进行充分的振捣，使模板的每个角落都充满混凝土，并使气体在振捣的过程中排出，这样混凝土的密实度就大大提高，体积较大的混凝土构造最好进行多次振捣技术，振捣次数越多，混凝土的强度就会越大，其抗裂缝的性能也就越强。

（3）初始温度的控制

对混凝土拌合物及出料口的温度进行控制。如果施工所在的季节性温度较高，那么出机口的混凝土拌和物的温度也会比较高，这种情况下要人工进行降温。例如用冷水喷淋预冷骨料或一次、二次风冷骨料，加冰片或冷水扳指混凝土等。当然还可以在坝体混凝土内部提前埋设冷水管，然后进行通水冷却。

（4）拆模时间控制

拆模的时间也很重要，一般越晚越好，在模拆掉之后，要保持混凝土的表面温度在应15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5。

2、对收缩裂缝的防治

防治收缩裂缝的产生主要从混凝土结构的原材料入手，因此对水泥的种类、水泥的用量及水灰比的控制，掺合料、骨料、外加剂等原材料的选择，对于防治裂缝都是较为重要的。

（1）水泥的选用

水利工程中，大坝的建设属于大体积混凝土结构，因此为了防止裂缝的产生，在混凝土的选用上要选择初期强度高、塑性性能好、低含碱量、低发热量、初凝期长的专门为在大坝施工中使用的特制水泥。普通硅酸盐水泥熟料化学成分。

矿物C2S 是比较适合的，要严格控制C3A 的含量。对其化学成份最好能控制到C2S十C3S≥80%、C3A ≤5%、C4AF≤15%。还有就是水泥的品种并不是越多越好，不宜过多，进入工地后也要经过严格的质量标准检测合格后才能应用到工程中，此外还需要对混凝土的各项标准进行试验，一旦不达标，绝对不能用于施工。

（2）水灰比及水泥用量

混凝土的配置，要严格按照标准进行配置，减少单位用水量，水泥用量也不宜过多，要保证水泥的流动性和保水性，确保所配置出的混凝土都在标准范围内，防止不合格混凝土的出现，一旦发现配置的混凝土不达标，坚决不能用于浇筑。因此对混凝土配置中的最小水泥用量和最大水灰比可以按照表2 中的规定来进行配置。

（3）砂石骨料

在大体积混凝土中骨料占的比例比较大，可以达到混凝土绝对体积的80% -83%，所以在对骨料进行选择时，要选择那些岩石弹模较低、膨胀系数较小、级配良好、表面清洁无弱包裹层的骨料细粉含量，只有选用这些质地较好的骨料才能保证混凝土的工作性能，不仅能提高混凝土的密实性和耐久性，更重要的是混凝土的抗裂性能也会大大的提高。根据研究表明，砂子中石粉的比例在15%-18%之间时为最佳配比。

（4）掺和料

为了增强混凝土的强度和寿命，在水泥掺合料的选择上，要采用经过测试的达标的活性材料，否则会影响到混凝土的使用寿命，其强度也会下降。粉煤灰的含碱量和含硫量低，需水量小，都可以掺合在混凝土中进行施工使用。粉煤灰掺合进混凝土中后，可以将混凝土的耐久性和抗渗性大大提高，还可以降低混凝土的收缩量，胶凝材料体系的水化热也会大大减少，混凝土抗拉强度随之也会大大增加，抑制了碱骨料的反应造成大体积混凝土构造出现裂缝的几率。此类好处全部都可以大大提高混凝土的抗裂性，当然，并不是只有这一类掺合料比较好用，还有其它的，诸如：矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥等在施工中也是经常使用的，其质量也是比较好的。

（5）外加剂

混凝土的搅拌中添加高效减水剂和引气剂，进行复合使用，在大体积混凝土的单位用水量和胶凝材料用量上大大降低，提高了新拌混凝土的工作强度，混凝土在硬化后的耐久性、大大提高，热学、力学及变形等主要性能都起到重要的和关键的作用，混凝土的高效性能的发挥离不开外加剂的使用，外加剂成为增加混凝土关键性能的重要组成部分，应该得到积极的使用。

四、结束语

综上所述，针对大体积混凝土的裂缝问题，应从混凝土选料、配置及施工过程中逐步控制，是可以预防的。在操作中一定要把好各个过程关.遵循规范化，才能提升水利工程大体积混凝土质量。■

参考文献

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