水工结构大体积混凝土裂缝成因及防治措施研究

王志勇

摘要：在我国经济迅猛发展，以及人们生活质量日益提升的背景下，社会大众对于水利水电工程质量提出了更高、更新的要求。就水工结构自身特征而言，形体较大、结构非常复杂，而为了确保工程质量，通常会在水工结构中应用大体积混凝土。但由于大体积混凝土有着巨大的形体，受多种因素作用，会有一些裂缝出现，进而给整个水利工程的质量形成严重威胁。针对混凝土裂缝这一问题，更多人是在出现后，再采用相关措施或材料予以补救，这便造成了资金的浪费，也不利于整体建筑的美感。故此，文章立足笔者工作实践，围绕创新原则，将目光放到水工结构大体积混凝土裂缝的根源上，重点论述了水工结构大体积混泥土裂缝的成因及相关防治，以保证工程质量，获得更高的社会效益、经济效益。并且，从一些数据平台进行关键词检索，能够发现有关该方面的研究较少，研究较浅，关于裂缝成因的论述不够。所以，本文研究也能一定丰富该领域研究，具有一定创新性。

关键词：大体积混凝土;水工结构;裂缝;养护

前言

水工结构相对于其他工程建设来讲，一般都拥有较大的体积，施工建设需要耗费比较漫长的工期。而混凝土作为水土结构建设中十分常见的建筑材料，可能会被诸多因素所影响，进而出现种种问题。而裂缝就是混凝土施工中较易出现的一种问题，此问题不仅会给水工结构大型建筑的质量产生直接影响，还会降低整体建筑的美感[1]。如果不能良好解决这一问题，让裂缝继续发展下去，还可能威胁到周围民众的生命和财产安全。

水土结构大体积混凝土

裂缝的类型

诚然，在大体积水工结构建筑中，经常会出现混凝土裂缝，但这些裂缝并非都是同一类型的，唯有具体分析及研究裂缝类型，才可针对性的控制处理水工结构建筑。大致来讲，可从如下几点进行分类。

（一）形成时间

如果结合形成的时间进行裂缝类型的划分，可将水工结构大体积混凝土的裂缝分为三类，即早期裂缝、中期裂缝及晚期裂缝。上述三种裂缝不单是形成时间不一，由于不同的形成时间，其形成原因也具有一定差异[2]。一般早期裂缝出现在结构建筑施工完成一个月后，如果时间超过了一个月，那么就属于中期裂缝。倘若是因为长期的使用，并忽略外部因素影响，所出现的混凝土裂缝，则属于晚期裂缝的范围。

（二）性质划分

因为并非全部裂縫都拥有稳定的性质，许多裂缝在出现之后，可能会伴随时间的推移出现一些改变，此种变化和季节联系紧密。通常，我们将这种裂缝称为稳定缝，因为它的变化是有规律的。还有一种裂缝，其并不会伴随时间的流逝而出现改变，换而言之，无法结合寻常的规律来推测与预见这类裂缝的变化，故此，我们将之称为不稳定裂缝[3]。此外，有类裂缝不管外界如何变化，都不会出现改变，通常我们将这类裂缝称为缝。

（三）危害程度

实际上，各类裂缝的危害性也不相同，故此，许多技术人员在划分裂缝的时候，会结合裂缝不同的危害程度来分类。一般技术人员会根据相应的参数，将裂缝分为三个等级，即轻度、重度及具备危害性[4]。在实际工程中较为常见的是轻度裂缝，其不会较大程度影响到施工建设。而重度裂缝则会一定影响整个水工结构的稳定性，如果不能及早发现并处理，就可能导致裂缝的危害性提升。具备危害性的裂缝，则会较为严重的影响及危害整体施工建设，需要相关技术人员高度重视这类裂缝的防治，以保证工程质量及安全。

水工结构大体积混凝土裂缝的成因

导致水工结构大体积混泥土出现裂缝的因素有许多，具体可分成单因素和多因素裂缝，根据工作实践及文献查阅，导致裂缝出现的原因主要是三个方面，即设计原因、混凝土自身原因及施工原因。

（一）施工原因

水工结构物有着很大体积，因而在施工中需要考虑的因素较多，并且，因为其自身具有的复杂性，所以有许多问题需要注意。大致来讲，又可将施工因素细分为养护不当、浇筑振捣方式及施工工序这三类。

1.施工工序因素

通常而言，混凝土结构物首先要进行支模，然后绑钢筋，进行混凝土浇筑，大体积水工结构物一般要分几次浇筑，并且每次混凝土的浇筑量要控制好。具体浇筑时，完成首次浇筑后，要注意第二次浇筑的时间，保证两次浇筑间隔时间合理，倘若间隔过久，就难以保证所配制混凝土中的水分，如此则会较大程度影响到混凝土的坍落度，进而导致后期浇筑后，混凝土出现不规则的裂缝[5]。同时，一些现场施工人员为了解决这一问题，往混凝土中直接加水，也会给配制好的混凝土性质产生负面影响。

完成浇筑后需进行合理养护，再将模板拆除，然而，在具体施工过程中，存在有过早拆模的情况，这样一来就会直接影响到混凝土结构，致使结构无法达到设计标准，难以满足种种荷载组合，进而出现裂缝。

2.浇筑振捣因素

浇筑与振捣须按计划开展，浇筑与振捣方式不合理，会直接影响混凝土的质量，导致表面出现浮浆，甚至可能引发混凝土离析、分层等情况，渐渐就可能出现混凝土开裂的问题，在这时砂浆会向着低处流动，进而影响材料的均匀分布，从而致使混凝土在结构交界面出现裂缝。

3.不合理的养护

由于水工结构不合理养护所导致的裂缝情况较多，其中一项关键因素便是现场养护不当。在结束浇筑后，后期养护要及时进行，倘若混凝土表面过为干燥，就会导致混凝土表面及内部的水分流失，致使内部与表面发生大量收缩，进而出现裂缝。

（二）混凝土自身原因

同样可将混凝土的自身原因分为三类，即混凝土的收缩、材料及水泥水化热。

1.水泥水化热

大体积水工结构物在浇筑时，在水化原因的作用下，会有大量热量产生。但由于前文我们提到，大体积水工结构物体积巨大，使得这些热量很难及时排出去，再加之混凝土并非良好的热传导体，所以，也决定了水化过程中所产生的热量难以及时扩散。据有关研究显示，水化热所产生的温度通常约为25℃，甚至高于这一温度[6]。在水工结构浇筑前期的时候，弹性模量不高，不能有效约束水泥水化热产生的温差效应，故此，所产生的温度应力不会引发裂缝问题，然而伴随混凝土弹性模量的逐渐增大，也会越加明显的约束混凝土内部，这时候产生的拉应力较大，进而导致温度裂缝的出现。

2.混凝土收缩

干燥收缩、碳化收缩及温度收缩等是混凝土的主要收缩类型。在凝固的過程中，混凝土会受到各种力的综合作用，收缩变会引起变形，过大的变形就会致使混凝土开裂出现裂缝。

3.所用材料

混凝土的原材料都会给水工结构物开裂产生重要因素，如水泥、外加剂和石头。首先，水泥种类不同，对干缩值的影响也不同，比如相较于普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥有着更大的收缩值，约为25%。其次，水泥细度给干缩值产生的影响也较大，越粗的水泥，出现开裂的几率越低。再次，水工混凝土结构开裂情况会受碎石粒径大小影响，越均匀、越小的粒径，能够更好降低结构物出现裂缝的几率，反之，若粒径不均匀、较大，就会加大出现裂缝的几率。另外，在工作中为了满足部分特殊功能，要将一些外加剂添加到混凝土内，比如膨胀剂、早强剂等，上述外加剂都拥有部分特殊功能，但往往要付出较大的代价，才能使这些特殊的功能得以满足，使日常养护中需要注意较多问题。如果养护不到位，就可能造成各类裂缝的出现。

（三）结构设计与荷载

若混凝土结构的具体运行超设计标准，会给混凝土构件内部产生破坏，或是在设计之初，并未充分考虑荷载问题，对于钢筋用量与配筋布置等问题考虑不全面，从而导致一系列问题的出现，如结构强度不足、超筋破坏等。

水工结构大体积混凝土裂缝防治措施

（一）转变观念，做好混凝土施工进度与工序的合理安排

在影响最终混凝土质量的因素中，施工工序及施工进度是不容忽视的重要因素，因此，为了更好保证工程质量，要转变陈旧观念，明确施工工序及进度的重要性，并在具体施工中注意遵循如下原则：第一，不得越图施工，设计好的施工步骤要严格遵守，结合不同结构物，适当对施工工序予以调整，展开相应创新，不对原有施工方案做安全照搬[7]。第二，把握好分次浇筑的时间，在浇筑间歇期的时候，要保证两侧混凝土水分不流失，做到其配合比保持最佳。第三，施工进度与工序，要对天气因素做充分考虑，天气过热或是过冷时，要采用相应措施降低裂缝的出现几率。

（二）做好施工中混凝土浇筑与振捣

第一，为避免出现混凝土离析的情况，吊头口自由落地高度不得>2m，如果浇筑高度>3m，要采用串桶与溜管的措施。第二，应分段分层进行浇筑，分段主要采用两种方式，竖直和斜向分段，然后结合浇筑人员及设备，对每层浇筑高度进行确定。第三，振动若采用插入式振捣器，应注意均匀的排列，使用快插慢拔的方式进行，以保证顺序不遗漏。同时，使用振捣器的时候，振捣器与模板的距离，要大于振捣器作用半径的0.5倍，不能与模板靠得太紧[8]。第四，连续进行混凝土浇筑，如果出现间歇，要严格控制时间，将时间压缩到最短，如果时间大于2小时，则要按照施工缝展开处理。第五，以往浇筑中，常有人忽视对预埋件、预留洞和钢筋情况的观察，对此应创新视角，做好上述情况的具体观察，若有异常情况，则要在混凝土完成初凝前将之处理好，进而防止完成初凝后不能进行处理。

（三）合理选取材料

第一，合理选择水泥。在选择水泥时，中、低水化热的硅酸盐水泥要优先考虑，如此有助于防止混凝土后期，凝结硬化时水化热过高，导致出现温度裂缝。第二，合理选择骨料。所选择的砂石骨料，要具有优良的级配、良好的质地。建议选择以粗、中砂为主的细骨料，或是热膨胀系数小、粒径较大的粗骨料，如玄武岩、石灰岩等。骨料不可含泥量过高（砂骨料不能>2%，石骨料不能>1%）、粒径须均匀。第三，外加剂与掺合料的使用。要对掺合料及外加剂做合理使用。通过使用这些材料，能使水泥用量和水灰比得以明显减少，同时有助于水化热放热速率的降低、延缓温度峰值、水工混凝土工作特性的改善及混凝土绝热温升的降低，进而使裂缝的出现几率很大程度降低。

（四）冷却水管的埋设

可通过在混凝土内部进行冷却水管的埋设，并在水管内通冷水，借助冷水的连续流动，使混凝土内部温度得以降低，从而实现内外部温差的缩小，降低出现混凝土裂缝的几率。

（五）加大混凝土养护力度

通常多采用自然养护和蒸汽养护，在条件允许的情况下会选用蒸汽养护，更多时候大体积混凝土是采用自然养护法。自然养护一般分为两大类，即带模养护与去除表面覆盖物养护，在进行带模养护时，要采用浇水、带模包裹等措施展开养护，以确保混凝土不出现干燥。在浇筑结束后约48小时，可将模板稍微松开，此种方式有助于顺利拆模，然后再做洒水养护到规定龄期。

结语

总之，我国水利工程及其它相关水工结构，长期以来受到大体积混凝土裂缝问题的困扰。同时，在多种因素作用下，产生的裂缝还可能进一步扩大，导致最终带来巨大的损失。因此，对水工结构大体积混凝土的裂缝成因展开深入研究，并积极探索有效防治裂缝的措施，对于我国稳定发展而言，具有较强的现实意义。文章通过对大体积混凝土裂缝成因的具体分析，在了解成因的基础上，探讨了一些可行的防裂措施，旨在为工程实践起到一定参考作用。

参考文献：

[1]栗宝鹃，张美多，刘康和，王志豪，李琦，李嘉欣.水工混凝土构件裂缝检测方法及应用[J].工程地球物理学报，2021，18（01）：128-135.

[2]张成贵.水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究[J].科技风，2021（01）：191-192.

[3]赵天玉.水工涵闸混凝土结构裂缝成因及预防措施浅析[J].珠江水运，2020（16）：110-111.

[4]谢良涛.水工结构工程裂缝成因及防治探讨[J].工程技术研究，2020，5（14）：160-161.

[5]赵天玉.水工涵闸混凝土结构裂缝成因及预防措施浅析[J].珠江水运，2020（16）：110-111.

[6]侯蕊.大体积混凝土裂缝控制技术在工程中的运用试析[J].广西城镇建设，2021（02）：69-70.

[7]李辉跃.桥梁大体积混凝土施工裂缝防治对策[J].交通世界，2021（Z2）：199-200.

[8]梅建北.大体积混凝土的施工裂缝控制措施[J].交通世界，2020（33）：108-109.

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