摘要：作者主要对水利工程大体积混凝土裂缝所产生的原因及控制方法等方面进行分析；仅给予参考； 关键词：大体积混凝土、裂缝成因、控制措施 Abstract: the author mainly to the water conservancy project mass concrete crack the causes and control method analysis; Only give reference;
Keywords: mass concrete, crack causes, control measures
中图分类号：TV543+.6 文献标识码：A文章编号：
1、裂缝成因概述
1、大量科学研究及工程实践表明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的。由于混凝土是一种非均质的多项复合脆性材料，混凝土工程施工及其本身变形和约束等因素均可使混凝土产生裂缝。微裂缝通常是一种无害裂缝，对混凝土结构的承重、防渗及其他功能不产生危害，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内，对建筑物安全是不会产生不良影响的。但是在受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成肉眼可见的宏观裂缝。
裂缝轻者使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值等；严重的将直接威胁到人民的生命、财产安全，例如：前苏联时期修建的克拉斯诺雅尔期克大坝，在靠底孔边墙共发现二百多条表面裂缝，但在外界环境作用下，短短5年时间后，10%的表面裂缝发展成为贯穿性裂缝，对大坝安全造成了严重威胁。
1.1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。
1.2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。
1.3安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。
2、 裂缝的控制措施
2.1对收缩裂缝的防治
在混凝土配置过程中应注意所选用的种、水泥用量及水灰比的控制,骨料、掺外加剂的选用等。
2.1.1水泥的选用
大坝混凝土应选用低发热量、低含碱期强度高、塑性性能好、初凝期长的特制泥。普通硅酸盐水泥熟料化学成分见表1。
表1普通硅酸盐水泥熟料化学成分[1]
由上表可以看出, C2S是比较适合的矿物,而C3A的含量应该加以控制。其化学成份的控制最好能作到C2S十C3S≥80%, C3A≤5%,C4AF≤15%。水泥供应品种不宜过多过杂,水泥运进工地以后应当严格地进行检验,并进行混凝土试验。
2.1.2水泥用量及水灰比
在混凝土配制时,尽量减少水泥用量及单位用水量,但又不能失掉水泥的流动性、粘聚性和保水性,以免配制出的混凝土不合格,不能浇筑。所以对于最大水灰比和最小水泥用量有一个规定见表2。
表2水工混凝土最大水灰比及最小水泥用量[2](kg/m3)
2.1.3砂石骨料
骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%~83%,因此,在选择骨料时,应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
砂除满足骨料规范要求外,应适当放宽石粉或细粉含量,这样不仅有利于提高混凝土的工作性,而且可提高混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。有研究表明,砂子中石粉比例一般在15%～18%之间为宜。
2.1.4掺和料
水泥掺和料应当采用经过试验的、符合要求的活性材料,否则掺用不合格料也会大大影响混凝土的强度和寿命。粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当,烧失量小,含硫量和含碱量低,需水量比小,均可掺用在混凝土中使用。混凝土中掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱骨料反应,减少新拌混凝土的泌水等。这些诸多好处均将有利于提高混凝土的抗裂性能。
其他加掺合料的水泥,矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥等都是很好的选用对象。
2.1.5外加剂
添加外加剂，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，防止开裂，提高混凝土的耐久性。混凝土中存在大量的毛细孔道，水蒸发后会使毛细管中产生张力，导致混凝土干缩变形。若增大毛细孔径可降低表面张力，但会影响混凝土强度，这就是表面张力理论，早在六十年代就已在国际上被认可；水灰比也是影响混凝土收缩的重要因素之一，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25％；此外，水泥用量也严重影响了混凝土收缩率，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15％的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充，用减水防裂剂改善水泥浆稠度，控制混凝土泌水，以减少沉缩变形。混凝土缓凝时间适当，可以控制因水泥长期不凝而带来的塑性收缩。另外，减水防裂剂可有效地提高混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能；掺加外加剂一方面可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少混凝土的碳化收缩，另一方面在混凝土表面形成微膜，可减少水分蒸发，防止干燥收缩。
2.2 对温差裂缝的防治
控制温度①减少混凝土中的水泥用量，改善骨料级配，优化混凝土配合比。在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，利用粉煤灰作混凝土的掺合料，降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，提高混凝土的后期强度及其抗裂能力；②降低混凝土的浇筑温度，拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却；③减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热（热天浇筑）；④埋设水管，冷水降温；⑤规定合理拆模时间，气温骤降时做好混凝土表面保温措施，避免混凝土表面发生急剧温度梯度；⑥在寒冷季节，对在施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构，采取保温措施。
2.2.1降低浇筑速度、减小浇筑层厚度
大体积混凝土结构的浇筑方案,可分为全面分层、分段分层和斜面分层三种。全面分层法要求混凝土浇筑强度大,斜面分层法混凝土浇筑强度小,施工中可根据结构物的具体尺寸、捣实方法和混凝土供应能力,选择浇筑方案,目前应用较多的是斜面分层法。
2.2.2加强混凝土的浇灌振捣,提高密实度
混凝土的捣实就是使入模的混凝土完成成型与密实的过程。混凝土浇筑入模后应立即进行充分的振捣,使新入模的混凝土充满摸板的每一角落,排出气泡,使混凝土拌和物获得最大的密实度和均匀性。体积较大的混凝土最好采用两次振捣技术,改善混凝土强度,提高抗裂性。
2.2.3采用综合措施,控制混凝土初始温度
①限制混凝土拌和物的出料口温度。在气温较高的季节,刚刚出机口的混凝土拌和物料往往温度过高,必须采取人工降温措施。例如采用冷水喷淋预冷骨料,或一次、二次风冷骨料,加冰片和加冷水扳指混凝土等。
②在坝体混凝土内预埋冷水管,进行一、二期通水冷却。
2.2.4拆模时间的控制
混凝土尽可能晚拆模,拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上,混凝土的现场试块强度不低于C5。
2.2.5采用补偿收缩混凝土技术
根据具体工程特点,采用UEA补偿收缩混凝土技术。
2.3对安定性裂缝的防治
混凝土体积安定性是指水泥硬化过程中,体积变化是否均匀的性能。水泥安定性不良会导致构件产生膨胀性裂纹或翘曲变形,造成质量事故。引起安定性不良的主要原因是熟料中游离氧化钙或游离氧化镁过剩或石膏掺量过多。混凝土配料时要严格检查其成分,已免水泥安定性不合格。
3、混凝土补强处理
有些裂缝不易处理,在进行以上的所有措施之后,仍无法消除裂缝,在需要的情况下可以进行补强处理。
3.1灌浆处理
补强灌浆是处理混凝土裂缝的有效措施。灌浆孔布置采用逐步加密的方法,即在需要补强灌浆的混凝土上钻孔灌浆。
3.2结构补强
在混凝土大坝质量问题十分严重的情况下,如大坝混凝土发生贯穿性裂缝,则会引起坝体应力重新分布,在大坝上游面出现危险的拉应力。灌浆后恢复抗剪强度如何,单纯依靠灌浆处理还是不够安全的,应当结合结构处理。
结构处理有多种方法,一种是小丰满补强时所采用的钢筋锚栓。另一种方法是在坝体达到稳定以后,沿裂缝面挖槽,槽宽1m左右,并在两面凿成键槽形状,然后回填质量优良的混凝土,这种方法可能是最有效的措施,但施工上比较复杂。
3.3挖除后重新回填
有一些部位裂缝、浇筑事故、混凝土强度不足等情况应有尽有,其影响极为复杂,这时一般水泥灌浆很难收到预期效果,甚至采取结构补强措施也难以做到完全有效。这时往往考虑挖除后重新回填,回填时只要严格控制施工质量及温度应力,一般新老混凝土是可以结合好的。
总结：
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定。
通过以上的论述可见,大体积混凝土的裂缝问题,在混凝土的选料、配置、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,才能使大体积混凝土水工建筑物得逞质量有所保障。
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