水利工程大体积砼裂缝的成因分析及应对策略

唐其

摘 要：于大坝、涵闸等水工建筑的建设施工之中，通常会涉及大体积砼施工。而一旦施工管控不当，则极易因水泥水化热、砼自身收缩以及环境温度影响等诸多因素所致出现裂缝问题。不但影响水工建筑的外部感观，而且还会影响到结构强度与使用耐久性，故不得小觑。基于此，本文就水利工程大体积砼裂缝的所致成因展开全面分析并探讨了相应的防控应对策略，以供借鉴参考。

关键词：水利工程;大体积砼裂缝;成因;应对

1 水利工程大体积砼裂缝的成因分析

1.1 收缩裂缝

大体积砼浇筑完成后，水泥水化会产生大量热在内部集聚，使得内部水分快速蒸发而产生收缩，形成较大的收缩应力，一旦收缩应力超出砼自身的抗拉强度就会导致裂缝的发生。同时，在砼硬化过程中约20%的水用于水化，80%的水逐渐蒸发，如若用水量越多、水泥用量越高，也相应地会加大砼的收缩进而产生开裂。另外，在高温、多风季节，砼浇筑后养护不及时，使得砼外表面过快失水干燥产生收缩，而此时大体积砼内部失水慢，如此就会导致砼内外形成一定的收缩梯度，一旦大于砼的抗裂能力就会产生开裂。

1.2 温差裂缝

砼浇筑早期阶段，水泥水化作用明显，在此阶段热量集聚，内部热量散失较慢，使得大体积砼内部温度骤升，且在浇筑24 h～48 h后，内部温度出现峰值。而砼外表面热量散失较快，此时就会与砼内部产生较大的温度差形成温度应力，随着温度应力的不断增加，砼抗拉强度难以抵抗温度应力的作用时，就会导致裂缝的生成。

1.3 荷载裂缝

在不同次应力与荷载的影响下，也会加大砼出现开裂的几率。尤其是水工大坝砼浇筑体积的不断增大，使得砼构件在受压、受拉、受剪以及振动区域，往往会承受相应的外界荷载应力，在荷载应力超出砼的抗压强度或抗拉强度时，就会在受力区域出现裂缝。

1.4 其它裂缝

大体积砼施工质量不达标也会导致裂缝的生成，形成原因主要为：一是，砼配比不合理，如用水量过多、水泥用量过大、水灰比过高等，都会在一定几率上加大裂缝的生成。二是，砼浇筑未分层，大体积砼厚度大、长度长，如若浇筑时未严格分层，就会导致砼无法及时充分散热而生成裂缝。三是，砼振捣不规范，振捣不密实、不充分，局部欠振、漏振，以致大体积砼收缩不一致而产生开裂。

2 水利工程大体积砼裂缝的应对策略

2.1 抓好砼原材控制

（1）水泥。实践发现，水泥水化热是导致大体积砼裂缝的关键成因之一，而水泥用量的多少与水泥水化热的高低直接相关。对此，在进行水工大体积砼浇筑时，应优先选择火山灰水泥或硅酸盐水泥等低热水泥，以最大限度减少水化热而导致的砼内外温差。同时，在保证砼强度及坍落度满足水利工程施工要求的前提下，掺加适宜比例的粉煤灰，不仅能够减少水泥用量以降低水化热导致的内外温差，而且能够显著提升砼的泵送性及耐久性，降低砼裂缝的生成几率。

（2）骨料。线膨胀系数较小的骨料，其在温度变化较大的情况下变形也相对较小，因此，抵抗裂缝的性能就越强。对此，在骨料的选择时，可优先选择线膨胀系数小、弹性模量低且级配良好的骨料，以有效抵抗因温差应力而导致的砼变形，降低由此而导致的裂缝问题。另外，对于大体积砼用细骨料应优先选择中粗砂，且砂中的石粉含量应该满足水工大体积砼的相关要求，通常在15%～18%范围内，砂中含泥量应<1%。

（3）外加剂。适宜种类、合理掺量的外加剂，对于提升砼早期强度、延长砼初凝时间等方面有着重要作用。对此，应结合水工大体积砼实际工况，合理掺加减水剂、引气剂等外加剂，以显著提升砼的抗裂性及耐久性，降低砼收缩应力而导致的开裂问题。

2.2 优化施工配合比

在保证水工大体积砼强度及工作性能的基础上，应按照“三低、二掺、一高”的原则进行砼配比设计，其中，三低是指低砂率、低水灰比、低塌落度，二掺是指掺加高效减水剂、掺加高性能引气剂，一高是指高粉煤灰掺率。通过减少单位体积的水泥占比，使大体积砼具备高抗裂性、较强韧性、低水化热，进而减少因内外温差应力及收缩应力而导致的裂缝问题。

2.3 紧抓砼施工管控

2.3.1 规范浇筑施工

首先，采取分层浇筑。在水工建筑如大坝、涵闸等工程的施工中，因工程结构体量大、砼浇筑方量多，因此，为确保大体积砼内部散热充分、均匀，必须要采取分层浇筑，分层厚度应<50 cm，分层浇筑的间隔时间不得过长，确保在已浇筑砼初凝前完成下道砼的浇筑，否则就会形成冷缝继而发展成为裂缝。

其次，加强振捣控制。完成浇筑的砼应及时实施振捣，振捣应均匀、充分，以最大限度将砼内残留的气泡振出，进而显著提升砼的密实性与均匀度。振捣时应严格控制振捣棒插入深度，确保振捣棒应插入下层砼至少5 cm～10 cm，确保分层浇筑的结合面实现充分结合，防止振捣不到造成砼分层形成软弱层裂缝。

2.3.2 抓好温度控制

（1）紧抓入模温度控制。入模温度控制是大体积砼温控与裂缝控制的关键，通常，正常温度条件下浇筑砼时，应控制砼入模温度<15℃;夏季较高温度条件下浇筑砼时，应控制砼入模温度<25℃;冬季较低温度条件下浇筑砼时，应控制砼入模温度>5℃。对此，须结合砼浇筑时的外界温度、拌制时间、运输距离等，进行入模温度的严格控制。如夏季高温时，通过搭遮阳棚、冰水拌制等方式，降低砼的拌制温度，进而有效降低出料温度，若条件允许时可采用自拌砼，搅拌站与浇筑位置的距离应<800 m，以减少运输时的砼升温现象，降低入模时的温度。

（2）落实内部降温措施。通过“内部降温”的温控原则，最大限度降低砼的内外温差。首先，在砼内部预埋冷水循环系统，浇筑时通循环的冷水加快内部热量散发，降低内部温升速度，进而减少内外温度差，降低温度应力对砼开裂的影响，需要注意，冷水循环系统应持续通水约20 d，并在监测到内部降温高于2.0℃/d时停止通水。其次，预埋测温装置，加强对砼内部温度的及时准确监测，做好相应记录与分析，并通过温度的变化情况，为后续针对性养护提供必要的数据依据。

（3）降低外界温度影响。一是，夏季高温条件下实施砼浇筑时，应尽量避开中午或下午高温时段，选择在早晨或晚间浇筑，或通过搭设遮阳棚、冷水降温、冰水拌和等降低砼入模及出料温度，以降低浇筑后的温升速度;二是，冬季低温条件下实施砼浇筑时，应做好相应保温，防止浇筑后的砼出现早期冻裂，且温度<5℃时不得实施浇筑;三是，砼浇筑后应及时覆盖保温，以降低砼外表面的散热速度，减小内外温差产生的温度应力，同时，减缓降温速度以促使砼强度缓慢提升，提升砼自身的抗拉强度，规避裂缝的生成。

2.4 做好砼养护管理

（1）砼浇筑完成应及时覆盖保温、保湿养护，以促使砼外表降温速率得以合理控制，确保砼内部与外表面的温差<25℃。（2）大体积砼应持续保湿养护不低于15 d，养护措施应逐层一一拆除，以免拆除过快导致砼温度骤降而形成温度裂缝。（3）对水工建筑砼的养护情况进行实时检查，并根据养护情况予以合理洒水保湿，防止砼表面過快干燥而出现干缩裂缝，对于大风或冬季较低的天气条件，也可通过保温棚进行砼养护。

3 结语

导致大体积砼出现开裂的成因众多且较为复杂，任一施工或养护环节的把控不当均有可能会导致砼出现开裂。因此，务须结合现场实际，予以全面分析，加强管控，妥当应对，以最大限度规避大体积砼的开裂病害。

参考文献：

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[2]李林，魏文杰，颜福开.大坝大体积混凝土不规则裂缝控制措施探析[J].安徽建筑，2020，27（9）：250-251.