浅谈水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理
【摘要】本文根据水工结构的特点，重点介绍了水工结构中大体积混凝土的特点，分析了导致水工结构大体积混凝土产生裂缝的原因，不仅与混凝土自身的收缩、变形有关，也与外界环境和施工过程有关，并针对裂缝成因总结得出控制水工结构大体积混凝土裂缝的几项措施，有利于提高水利工程的质量，保障工程施工顺利进行。
【关键词】水工结构；大体积；混凝土；裂缝成因；控制处理
前言
随着国民经济发展以及日常生产生活的不断提高，水电工程的发展迅速，对于水电工程的质量要求也越来越高。水工结构本身结构复杂形体巨大，比如三峡水利大坝，在水工结构中大体积混凝土为保证工程质量起着重要的作用。大体积混凝土由于尺寸巨大，当受到外界环境、温度以及自身变形的影响的时候，会产生裂缝，裂缝的存在是对整体水利工程质量的威胁，要保证工程质量和水利工程的平稳度必须研究大体积混凝土的裂缝成因，并有针对性的采取控制措施。研究水工结构大体积混凝土裂缝成因及控制处理不仅具有重大经济效益和社会效益，同时在实际工程施工中具有重大的指导意义。
一、水工结构大体积混凝土的特点
水工结构中大体积混凝土本身的结构和材料组成都比较复杂，从其自身材质特性看，大体积混凝土的受压能力强但是受拉能力弱，混凝土本身是脆性材料，受拉能力不足其受压能力的百分之十，因此当受到自身收缩力或外界力的作用时变形能力差，极易产生裂缝。
水工结构中大体积混凝土浇筑的时候需要大量的混凝土材料，混凝土具有水化热的特点，浇筑后在混凝土内部产生极高的温度，此时的弹性模量较小，变形比较小，随着散热过程的进行混凝土温度降低，弹性模量却变大，变形量也增大，混凝土该特点使得内部产生较大的拉应力，而混凝土受拉能力很差，因此在内部就会产生裂缝。水工结构中大体积混凝土与钢筋结构并存，其中大体积混凝土受压能力较强，钢筋结构受拉能力较强，但是由于浇筑量大在大体积混凝土中钢筋的数量不足，大体积混凝土承受巨大的拉应力。同时由于其面积巨大，与外界的接触面大，大面积暴露在外界环境中，受到空气、水分的侵蚀作用，极易在内部产生拉应力，拉应力对大体积混凝土具有很大的破坏作用。
二、水工结构大体积混凝土裂缝的成因
水工结构中大体积混凝土的裂缝成因比较复杂，既有自身特性的影响也有施工不当的影响，同时也受外界环境的影响，并在多种因素的作用下，裂缝有扩张趋势。
2.1混凝土水化热导致裂缝
水工结构中大体积混凝土水化热导致裂缝主要是因为温度的变化，大量的混凝土浇筑产生大量的热能，对于体积小量少的混凝土热量会很快散去，但是对于水工结构中大体积混凝土由于其体积大，材料本身是热的不良导体，所以水化热产生的热能集聚在内部不能散去，导致内部温度升高，根据混凝土的自身特性，高温时弹性变量小，产生的形变小，内部的变形应力也较小，没有超过应力极限，不会造成破坏。随着散热过程的缓慢进行，温度逐渐降低，弹性变量变大，混凝土产生的变形较大，内部应力也较大，超出应力极限，导致混凝土产生裂缝。
2.2混凝土收缩变形导致裂缝
混凝土收缩导致的裂缝主要有两方面原因，一方面是混凝土自身的水分蒸发，在浇筑之后的很长一段时间里水泥中的水分会蒸发，由于大体积混凝土的体积庞大，混凝土表面和内部的水分蒸发程度不同，干缩程度不同，导致的内外变形不同最终使混凝土产生裂缝。另一方面，混凝土在浇筑后还没有凝固之前，其强度是不够的，但是因为大体积混凝土的面积较大，与外界的接触面积大，当遇到大风天气或者高温天气，混凝土表面的水分蒸发较快，内部的水分蒸发慢，混凝土由于强度不够不能承受表面的急剧收缩，导致裂纹产生。
2.3外界气温变化导致裂缝
外界气温的突然降低是导致大体积混凝土产生裂缝的主要原因之一。当外界温度较高的时候，浇筑混凝土的温度也较高，当外界温度突然下降的时候，大体积混凝土的表面随着外界温度的降低而降低，但是混凝土内部的温度保持不变或降温缓慢，这样大体积混凝土的内外表面就形成温差，导致裂缝产生。
2.4混凝土浇筑施工过程不当导致裂缝
混凝土浇筑施工过程不当导致裂缝的原因比较多，在大体积混凝土浇筑之前混凝土的原料配比不当、水灰的比例不当会为后面的浇筑造成影响；在浇筑施工的时候天气温度较高导致浇筑的温度较高；在浇筑完成之后没有及时进行潮湿养护，大体积混凝土暴露在环境中，表面水分蒸发较快，这些都会导致大体积混凝土出现裂缝。
三、水工结构大体积混凝土裂缝的控制处理
3.1对施工原材料的控制
对水工结构大体积混凝土裂缝的控制处理首先要做到材料的控制管理，混凝土的原材料必须严格选择。大体积混凝土的原材料主要是水泥、泥沙以及沙粒碎屑，尽量不要选择沙石中含泥成分高的材料，其性能较差，强度较弱；应该选择收缩系数小的材料，减少混凝土的内部应力；尽量不要选择沙粒度小的材料，因为沙粒细小混凝土浇筑量就会增大，其产生的水化热也会增多。另外，也要注意各种添加剂的选择，总之，要控制水工结构大体积混凝土的裂缝就要谨慎选择原材料。
3.2对施工过程的控制
水工结构大体积混凝土的裂缝很大一部分是施工不当造成的，因此，要控制大体积混凝土的裂缝就要严格控制施工过程。首先，选择合适的施工时间段，不宜在较热或较冷的季节施工，尽量在春秋季节施工。然后，为了最大程度的避免内外温差，在混凝土浇筑的过程中应该注意分层浇筑和分块浇筑，浇筑过程应该保持连续，同时在施工过程中还应注意在混凝土中铺设冷却水管。最后，混凝土浇筑完成后应及时进行表面的潮湿保养，防止表面干裂。
3.3对混凝土配比设计的控制
对大体积混凝土调配比例的控制应重点控制混凝土的水化热现象，尽量在单位体积内选择使用水泥含量少混凝土，减少水化热的产生，现在也可以通过掺加矿渣、煤灰减少水泥的含量，从而起到减少水化热的作用。在混凝土调配时可以根据过程需要增加添加剂，增强混凝土的强度。
3.4对温度的控制
大体积混凝土导致裂缝的根本原因中温度因素占据很大比例，但是由于温度是随时间变化的，对温度的控制比较复杂。对温度的控制应该遵循相关的温度标准，在混凝土浇筑前，应该根据浇筑体积等参数计算浇筑温度，灵活控制混凝土的温升。在浇筑完成后，由于混凝土的表面和内部存在温差，因此其内部存在一定的应力和变形力，应该及时做好温度的测量和检查工作。
总结
在水利工程以及其他的水工结构中大体积混凝土的裂缝一直是安全隐患，并且大体积混凝土裂缝由于自身因素或外界环境影响会继续扩张，最后导致严重的破坏。研究水工结构中大体积混凝土的裂缝成因具有重要的工程意义，通过本文对大体积混凝土特点的分析研究，得出大体积混凝土裂缝的成因以及相应的控制措施，对工程实践具有很大的指导意义。
参考文献
[1]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海：上海科学技术出版社，1987.
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