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摘要:在水利工程中，导致砼产生裂缝的原因很多。裂缝的出现直接影响着水利工程的适用性和耐久性，它将使砼的品质变坏，构建的强度降低,钢筋产生锈蚀，甚至可以导致构建或结构的破坏。本文主要论述砼在非荷载作用下出现裂缝的原因和防治措施。
关键词：水利工程施工；砼；裂缝原因；防治措施
1砼材料结构组织的缺陷
砼的结构组织是由水泥浆体、粗细骨料及孔隙等组成的多相材料，其内部结构单元聚集层次一般分为三个层次：
宏观级：在这一结构层次上，砼材料被视为连续的和均质的，它由性能相同的有限尺寸的体积单元所组成。
亚微观级：在这一结构层次上，砼材料被视为连续但不均匀的，它由性质不同的有限尺寸的单元所组成。
微观级：在这一结构层次上，砼材料被视为不连续、不均匀的，它由原子和分子的不连续质点所组成。
目前对砼破坏机制的研究重点放在亚微观级上，从亚微观级上看砼的结构组织是由粗细骨料、水泥水化产物、未水化的水泥颗粒、孔隙等组成的多相复合材料。作为多相复合材料，砼结构组织的性质将取决于以下一些因素并影响砼的力学性能：
①水泥浆的力学性质，水灰比及水化程度；
②骨料的力学性质、尺寸、分布及形状；
③骨料与硬化水泥浆之间的粘结性质及其它一些因素。
由于砼的结构组织的复杂性，使其在形成过程中产生了大量的缺陷和微裂缝，这些缺陷和微裂缝已由实验所证实。究其原始状态而言，即使是浇筑良好的砼，其本身就是一个“先天”地带有大量微裂缝的材料。微裂缝产生的原因主要有：
1.1干缩此类微裂缝又可分为：
①砼的泌水作用。振捣不密实的砼，其内部水分的溢出会受到大骨料的阻滞，在骨料周围形成水囊，当砼干燥后，造成深部的微裂缝，其微裂缝存在于水泥浆和骨料的结合面上，即所谓的“结合缝”，结合缝同时可由水泥浆的收缩产生。
②水泥浆的收缩。水泥浆在硬化过程中，水分的蒸发使砼产生塑性收缩，由于砂浆的收缩受到粗骨料的限制，导致在结合面上产生微裂缝。同时，砼中的水分不断蒸发，孔隙水中的毛细管表面张力产生变化，将使毛细管收缩出现裂缝。
③水分的溢出。砼的干缩主要是由砼中水分的变化而引起的，当砼长期在水中硬化时，会产生微小的膨胀；当砼在空气中硬化时，砼中的水分会逐渐溢出蒸发，使水泥石中的凝胶体逐渐干燥而产生收缩，从而引起砼的干缩裂缝，砼用水量的大小是决定干缩大小的最主
要的因素，砼的水灰比越大，干缩率越大，亦即在水灰比相同的条件下，水泥浆含量越多，砼的干缩率越大。另外，水泥的品种、细度、砼的收热过程以及掺和料对砼的收缩产生的裂缝均有影响。
1.2温度
普通砼的温度线膨胀系数a=l×l0-3。砼在凝结硬化过程中，内部会产生大量的热，使砼内部温度升高。对于500mm的墙体，在浇筑后的2~2. 50d，砼内部温度达到最高峰以后开始逐渐降温延续十几天。在较短的升温阶级，砼弹性的模量低，温度应力很小；而在降温阶段，由于弹性模量迅速增大，砼因收缩而引起的拉应力随之增大，这样在冷却过程中因内外温度差而形成裂缝。同时外部温度过高，也会使水分蒸发过快而引起裂缝。对砼温度有重要影响的因素是砼中水泥用量、水泥品种和强度等级、构件厚度、模板材质、入模时的材料和大气温度等。
由上述分析可知，砼的微裂缝产生的原因很多，可以由一种原因引起，也可以由许多原因的相互作用引起，有的互相加剧，有的则可能相互抵消。应该指出：由于砼中骨料颗粒的形状、方位是随机的，各种因素的综合影响，使砼内部存在的微裂缝的形状、方位也是随机的，这些微裂缝分布的随机性，反映砼力学性能的强度、弹性模量和泊松比等材料指标，几乎无一例外地是一个统计值。微裂缝属于亚微观结构范围的缺陷，如果没有进一步引起宏观开裂，一般不影响砼的使用，同时对砼的其它性能的影响也是潜在的，因而讨论宏观裂缝，这类裂缝能为人们的视觉感受且会造成损坏或是艺术效果降低，因此常引起人们的重视。
2砼产生宏观裂缝的因素
如前所述，砼凝结初期，由于水泥浆的收缩、泌水、骨料下沉、温度等原因使砼内部形成微裂缝，它是砼内部的薄弱环节，施工和使用条件使这些薄弱环节造成砼的宏观裂缝，其中主要有以下因素：
2.1收缩
砼的收缩可以造成砼的开裂，其影响因素很多，其中之一是干缩，这种收缩极易造成砼开裂。因为砼在于缩过程中，表面的砼较内部干得快，则表面的干缩大于内部的干缩，这种体积变化的不均匀使砼表面处于受拉状态。大家都知道，砼的抗拉强度很低，特别是硬化阶段，其抗拉强度更低。当该拉力大于砼的抗拉强度时砼就开裂，何况砼结构组织的缺陷、抵抗拉力的能力极低。
2.2温度
砼与其它材料一样，也具有热胀冷缩的性质。在砼初凝阶段，会产生水化热，使砼的温度升高，当温度降低时便会收缩，这种收缩达到一定程度或受到一定约束，如砼内部和表面温差较大，特别是气温骤降，砼内部产生膨胀，外部收缩，造成其内外变形的不一致，砼就會开裂。因此有些工程施工时为了避免出现此类情况，将大体积砼的浇筑改在夜间进行。特别是水利工程中的砼重力坝在浇筑时还采用循环水、冷冻砼骨料搅拌、分块浇筑等方法，来避免出现过大的砼内外温度差。
2.3约束
如上述，当砼的体积变化受到约束而超过一定程度是就会产生裂缝。例如砼块体的表面收缩受到内部或其它面（基础）的约束就会产生裂缝。当砼墙体或构件较长时而没有设置收缩缝，也会因砼收缩受到约束而导致开裂。
2.4其它
钢筋与砼的粘结力的大小也是影响砼表面是否开裂的因素之一。表面有螺纹的钢筋与砼的粘结力较大，所以有较强的抗裂能力。构件处于恶劣环境使钢筋锈蚀也会产生开裂。还有一些因素可引起砼开裂，但主要原因是由于温差和收缩引起的，这和砼中形成微裂缝的机理有一些是相似的。
3防止砼裂缝的措施
防止砼中出现裂缝要针对开裂的原因来采取措施，下面提出几点以供参考。
3.1设计上采取措施
在设计时应当考虑裂缝出现的可能性，注意砼在硬化过程中因温度湿度的变化而产生的收缩，尽量减少砼收缩时遇到的约束。例如在适应结构要求的情况下，以适当间距预留胀缩缝和施工缝。同时注意相邻构件因砼收缩互相引起约束作用。正确地选择结构和截面形状，在尺寸变换较大的洞口、转角等部位，要防止因收缩引起的应力集中。钢筋对砼的变形有抑制作用，主要是通过钢筋表面与砼之间的粘结力实现的，粘结力越大，抑制越强，应当考虑钢筋抗裂的重要作用。钢筋应采用直径小，间距较密的形式，不宜采用光圆钢筋。
3.2使用较小的水灰比
砼的水灰比越大，收缩率越大，开裂的可能性也越大。因为水灰比越大，水泥浆越稀，硬化成水泥石后所含凝胶体越多，警惕越少，而干燥收缩主要是凝胶体的干燥收缩引起的。因而可以相应地减少用水量来防止开裂现象，对大体积砼构件，如大坝则可采用水灰比很小的碾压砼。
3.3控制水泥用量
一般情况下，若水灰比不变，则水泥含量越高，砼的干缩率越大，因为砼的干缩率主要产生于水泥浆的干缩，水泥浆也少，砼中骨料对于缩的制约作用越显著。若同时减少用水量和水泥用量，对于改善干缩，提高砼的抗裂性会更为有效。
3.4加强养护
养护不良不但会造成砼的开裂，而且会使砼的品质下降。因此应及时对砼进行养护，并采用正确的养护方法，使水泥充分水化，水泥石中的晶体增多胶体减少，可使干缩减少。而且适当延长养护时间，使砼强度增加，也有助于减少裂缝的产生。
3.5注意温度的变化
夏季施工时，应尽量降低砂石料进入搅拌机的温度，必要时可采用遮阳和淋水等措施。冬季采用覆盖保护施工，应当在砼达到足够强度时再拆模和取走覆盖物。因为温度的急剧变化可能造成砼的开裂。
3.6其他措施
选择干缩较小的水泥品种，拌制时掺人适量的外加剂以减少砼的收缩，或在砼中掺用各种纤维增强材料，来抑制微裂缝的扩张，增大砼的抗拉强度，避免开裂。
结束语；
砼出现裂缝在工程中是个十分重要的问题，砼表面开裂，将使砼的抗冻、抗渗、抗侵蚀等性能严重降低，同时对砼的强度有一定的影响。所以对一些影响构件正常使用的裂缝应进行处理。通常做法是：沿裂缝凿成V型槽口，宽20mm，深5mm，抹压环氧树脂胶泥，也有用水玻璃加水泥拌制的。灌浆处理是采用特殊工具将具有较高强度和粘结力的化学材料或环氧树脂灌注到裂缝中。裂缝处理应十分仔细、认真。
关键词：水利工程施工；砼；裂缝原因；防治措施
1砼材料结构组织的缺陷
砼的结构组织是由水泥浆体、粗细骨料及孔隙等组成的多相材料，其内部结构单元聚集层次一般分为三个层次：
宏观级：在这一结构层次上，砼材料被视为连续的和均质的，它由性能相同的有限尺寸的体积单元所组成。
亚微观级：在这一结构层次上，砼材料被视为连续但不均匀的，它由性质不同的有限尺寸的单元所组成。
微观级：在这一结构层次上，砼材料被视为不连续、不均匀的，它由原子和分子的不连续质点所组成。
目前对砼破坏机制的研究重点放在亚微观级上，从亚微观级上看砼的结构组织是由粗细骨料、水泥水化产物、未水化的水泥颗粒、孔隙等组成的多相复合材料。作为多相复合材料，砼结构组织的性质将取决于以下一些因素并影响砼的力学性能：
①水泥浆的力学性质，水灰比及水化程度；
②骨料的力学性质、尺寸、分布及形状；
③骨料与硬化水泥浆之间的粘结性质及其它一些因素。
由于砼的结构组织的复杂性，使其在形成过程中产生了大量的缺陷和微裂缝，这些缺陷和微裂缝已由实验所证实。究其原始状态而言，即使是浇筑良好的砼，其本身就是一个“先天”地带有大量微裂缝的材料。微裂缝产生的原因主要有：
1.1干缩此类微裂缝又可分为：
①砼的泌水作用。振捣不密实的砼，其内部水分的溢出会受到大骨料的阻滞，在骨料周围形成水囊，当砼干燥后，造成深部的微裂缝，其微裂缝存在于水泥浆和骨料的结合面上，即所谓的“结合缝”，结合缝同时可由水泥浆的收缩产生。
②水泥浆的收缩。水泥浆在硬化过程中，水分的蒸发使砼产生塑性收缩，由于砂浆的收缩受到粗骨料的限制，导致在结合面上产生微裂缝。同时，砼中的水分不断蒸发，孔隙水中的毛细管表面张力产生变化，将使毛细管收缩出现裂缝。
③水分的溢出。砼的干缩主要是由砼中水分的变化而引起的，当砼长期在水中硬化时，会产生微小的膨胀；当砼在空气中硬化时，砼中的水分会逐渐溢出蒸发，使水泥石中的凝胶体逐渐干燥而产生收缩，从而引起砼的干缩裂缝，砼用水量的大小是决定干缩大小的最主
要的因素，砼的水灰比越大，干缩率越大，亦即在水灰比相同的条件下，水泥浆含量越多，砼的干缩率越大。另外，水泥的品种、细度、砼的收热过程以及掺和料对砼的收缩产生的裂缝均有影响。
1.2温度
普通砼的温度线膨胀系数a=l×l0-3。砼在凝结硬化过程中，内部会产生大量的热，使砼内部温度升高。对于500mm的墙体，在浇筑后的2~2. 50d，砼内部温度达到最高峰以后开始逐渐降温延续十几天。在较短的升温阶级，砼弹性的模量低，温度应力很小；而在降温阶段，由于弹性模量迅速增大，砼因收缩而引起的拉应力随之增大，这样在冷却过程中因内外温度差而形成裂缝。同时外部温度过高，也会使水分蒸发过快而引起裂缝。对砼温度有重要影响的因素是砼中水泥用量、水泥品种和强度等级、构件厚度、模板材质、入模时的材料和大气温度等。
由上述分析可知，砼的微裂缝产生的原因很多，可以由一种原因引起，也可以由许多原因的相互作用引起，有的互相加剧，有的则可能相互抵消。应该指出：由于砼中骨料颗粒的形状、方位是随机的，各种因素的综合影响，使砼内部存在的微裂缝的形状、方位也是随机的，这些微裂缝分布的随机性，反映砼力学性能的强度、弹性模量和泊松比等材料指标，几乎无一例外地是一个统计值。微裂缝属于亚微观结构范围的缺陷，如果没有进一步引起宏观开裂，一般不影响砼的使用，同时对砼的其它性能的影响也是潜在的，因而讨论宏观裂缝，这类裂缝能为人们的视觉感受且会造成损坏或是艺术效果降低，因此常引起人们的重视。
2砼产生宏观裂缝的因素
如前所述，砼凝结初期，由于水泥浆的收缩、泌水、骨料下沉、温度等原因使砼内部形成微裂缝，它是砼内部的薄弱环节，施工和使用条件使这些薄弱环节造成砼的宏观裂缝，其中主要有以下因素：
2.1收缩
砼的收缩可以造成砼的开裂，其影响因素很多，其中之一是干缩，这种收缩极易造成砼开裂。因为砼在于缩过程中，表面的砼较内部干得快，则表面的干缩大于内部的干缩，这种体积变化的不均匀使砼表面处于受拉状态。大家都知道，砼的抗拉强度很低，特别是硬化阶段，其抗拉强度更低。当该拉力大于砼的抗拉强度时砼就开裂，何况砼结构组织的缺陷、抵抗拉力的能力极低。
2.2温度
砼与其它材料一样，也具有热胀冷缩的性质。在砼初凝阶段，会产生水化热，使砼的温度升高，当温度降低时便会收缩，这种收缩达到一定程度或受到一定约束，如砼内部和表面温差较大，特别是气温骤降，砼内部产生膨胀，外部收缩，造成其内外变形的不一致，砼就會开裂。因此有些工程施工时为了避免出现此类情况，将大体积砼的浇筑改在夜间进行。特别是水利工程中的砼重力坝在浇筑时还采用循环水、冷冻砼骨料搅拌、分块浇筑等方法，来避免出现过大的砼内外温度差。
2.3约束
如上述，当砼的体积变化受到约束而超过一定程度是就会产生裂缝。例如砼块体的表面收缩受到内部或其它面（基础）的约束就会产生裂缝。当砼墙体或构件较长时而没有设置收缩缝，也会因砼收缩受到约束而导致开裂。
2.4其它
钢筋与砼的粘结力的大小也是影响砼表面是否开裂的因素之一。表面有螺纹的钢筋与砼的粘结力较大，所以有较强的抗裂能力。构件处于恶劣环境使钢筋锈蚀也会产生开裂。还有一些因素可引起砼开裂，但主要原因是由于温差和收缩引起的，这和砼中形成微裂缝的机理有一些是相似的。
3防止砼裂缝的措施
防止砼中出现裂缝要针对开裂的原因来采取措施，下面提出几点以供参考。
3.1设计上采取措施
在设计时应当考虑裂缝出现的可能性，注意砼在硬化过程中因温度湿度的变化而产生的收缩，尽量减少砼收缩时遇到的约束。例如在适应结构要求的情况下，以适当间距预留胀缩缝和施工缝。同时注意相邻构件因砼收缩互相引起约束作用。正确地选择结构和截面形状，在尺寸变换较大的洞口、转角等部位，要防止因收缩引起的应力集中。钢筋对砼的变形有抑制作用，主要是通过钢筋表面与砼之间的粘结力实现的，粘结力越大，抑制越强，应当考虑钢筋抗裂的重要作用。钢筋应采用直径小，间距较密的形式，不宜采用光圆钢筋。
3.2使用较小的水灰比
砼的水灰比越大，收缩率越大，开裂的可能性也越大。因为水灰比越大，水泥浆越稀，硬化成水泥石后所含凝胶体越多，警惕越少，而干燥收缩主要是凝胶体的干燥收缩引起的。因而可以相应地减少用水量来防止开裂现象，对大体积砼构件，如大坝则可采用水灰比很小的碾压砼。
3.3控制水泥用量
一般情况下，若水灰比不变，则水泥含量越高，砼的干缩率越大，因为砼的干缩率主要产生于水泥浆的干缩，水泥浆也少，砼中骨料对于缩的制约作用越显著。若同时减少用水量和水泥用量，对于改善干缩，提高砼的抗裂性会更为有效。
3.4加强养护
养护不良不但会造成砼的开裂，而且会使砼的品质下降。因此应及时对砼进行养护，并采用正确的养护方法，使水泥充分水化，水泥石中的晶体增多胶体减少，可使干缩减少。而且适当延长养护时间，使砼强度增加，也有助于减少裂缝的产生。
3.5注意温度的变化
夏季施工时，应尽量降低砂石料进入搅拌机的温度，必要时可采用遮阳和淋水等措施。冬季采用覆盖保护施工，应当在砼达到足够强度时再拆模和取走覆盖物。因为温度的急剧变化可能造成砼的开裂。
3.6其他措施
选择干缩较小的水泥品种，拌制时掺人适量的外加剂以减少砼的收缩，或在砼中掺用各种纤维增强材料，来抑制微裂缝的扩张，增大砼的抗拉强度，避免开裂。
结束语；
砼出现裂缝在工程中是个十分重要的问题，砼表面开裂，将使砼的抗冻、抗渗、抗侵蚀等性能严重降低，同时对砼的强度有一定的影响。所以对一些影响构件正常使用的裂缝应进行处理。通常做法是：沿裂缝凿成V型槽口，宽20mm，深5mm，抹压环氧树脂胶泥，也有用水玻璃加水泥拌制的。灌浆处理是采用特殊工具将具有较高强度和粘结力的化学材料或环氧树脂灌注到裂缝中。裂缝处理应十分仔细、认真。