论文部分内容阅读
摘 要：水工大体积混凝土施工通病主要影响混凝土内部质量及外观质量。文章对大体积混凝土裂缝的产生原因及预防处理措施进行探讨，从材料、荷载与施工控制等方面分析了水工结构大体积混凝土产生裂缝及预防处理。
关键词：水工结构；大体积混凝土；裂缝预防处理
1前言
由于混凝土施工和结构物本身变形、约束等一系列问题,硬化成型后的混凝土会产生众多的微孔隙、气穴和微裂缝等缺陷,这些初始缺陷在混凝土受到荷载、温差等作用之后就会不断地扩展和连通,最终形成肉眼可见的宏观裂缝。混凝土开裂后的性能与原状混凝土性能相差很大,尤其是对渗透性的影响更大,而混凝土抗渗性能的恶化则会严重影响混凝土结构的安全运行和耐久性能。因此,探讨裂缝产生的原因和预防措施对防止水工大体积混凝土裂缝的出现有着重要的意义。
2大体积混凝土裂缝成因
混凝土结构裂缝产生的原因比较复杂，多种因素相互影响，裂缝类型也在发展转化。相关资料显示，裂缝的产生主要是由施工因素造成的，大约占早期裂缝的 70%左右，混凝土材料方面的原因占 20%左右，设计不当方面的原因占 10%左右。混凝土结构裂缝的产生主要与材料性质和配合比、结构设计及受力荷载、施工、使用及环境条件等有关。以下就这几个方面的因素研究裂缝产生的原因。
2.1混凝土自身的因素
2.1.1混凝土的收缩
收缩是混凝土的重要特性，收缩变形易导致混凝土开裂。收缩变形类型主要有自收缩、塑性收缩、干燥收缩、沉降收缩、化学收缩、温度收缩、碳化收缩等。混凝土的收缩受水泥类型、细度、胶凝材料用量、水灰比、骨料性质、施工和养护等因素影响。混凝土硬化过程中，受到各种收缩娄型的综合作用。对于大体积混凝土来说，冷缩是早期收缩的主要形式，干燥收缩是长期收缩的主要形式，其它收缩形式所占比例相对较小。
2.1.2水泥的水化热
水泥水化过程中的温度变化是大体积混凝土中的主要温度因素，水化过程中产生一定的热量，在一些结构尺寸较小的混凝土结构物中，这些热量可以比较容易的散发出去，而大体积混凝土结构物一般结构尺寸较大，混凝土又是热的不良导体，故水化过程产生的热量聚集在混凝土内部不易散失。实测数据表明，水泥水化热引起的温升，在大体积混凝土中一般达到20～25℃甚至更高。由于结构物有一个自然散热条件，混凝土内部的最高温度大多发生在混凝土浇筑后的最初 3～5d。
2.1.3混凝土所用材料的影响
大体积混凝土开裂的主要原因是混凝土的收縮受到各种条件的约束后而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度。所以开裂实际上反映的是收缩值、弹性模量和强度的关系问题，而这三项指标是和水泥种类和水泥用量有关的。水泥的种类对干缩值影响很大，采用普通硅酸盐水泥的混凝土的收缩值比用矿渣硅酸盐水泥的收缩值小 25%左右，所以当水泥采用不当时，由于干缩值差别较大，混凝土很容易开裂。水泥的细度对干缩值影响也很大，水泥越细，比表面积越大，混凝上也越容易开裂。
2.2结构设计及荷载因素
由于结构设计及荷载因素产生裂缝主要有以下几种情况:在设计荷载范围内，超过设计荷载范围或设计未考虑到的作用;构件断面尺寸不足、钢筋用量不足、配筋位置不当;结构物的沉降差异;次应力作用;对温度应力和混凝土收缩应力估计不足等。荷载作用引起的裂缝，可以在设计阶段通过受力计算及裂缝验算来进行裂缝控制;变形作用引起的裂缝，通常采用设置变形缝、后浇带等构造设计来进行裂缝控制。
2.3施工因素
2.3.1施工不当造成混凝土裂缝
混凝土浇筑距离生产的间隔时间过长，致使水分蒸发过多，对混凝土的坍落度等性能影响较大，使得在浇筑后的混凝土上出现不规则的收缩裂缝。为增强混凝土的流动性与和易性，现场工人人为加水，造成混凝土强度降低，水灰比不均匀及混凝土配比变化，在不同配比的混凝土之间产生凝缩裂缝和干缩裂缝。
2.3.2振捣方式不当引起裂缝
错误的振捣方式会造成混凝土产生分层、离析、表面浮浆等现象，从而使混凝土面层开裂，或造成混凝土砂浆向低处流淌，材料分布不均匀，导致混凝土产生不均匀收缩而在结构交界处出现裂缝。
商品混凝土的二次振捣。商品混凝土坍落度较大，凝结时间较长，初凝时间一般都在 10h 以上甚至更长，有时候会在混凝上内部还未达到初凝的时候表层看似已经凝结，这样的混凝土若不进行二次振捣，混凝土表面会不可避免的出现裂缝。开始是浅表性的、窄细的，若不及时处理，裂缝就会扩展，出现应力集中，最终的裂缝很可能是贯穿性的。
2.3.3养护不当引起混凝土开裂
现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因之一。
混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖进行潮湿养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝，特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩裂缝更容易发生。但是有些混凝土工程在浇筑后不能做到及时覆盖，进行保温养护，结果导致混凝土表面开裂。
对于高性能混凝土，由于其水灰比较小，胶凝材料含量较大，混凝土密实性好，泌水少。若养护条件不好、养护方法不规范，干缩情况更为严重。
3水工大体积混凝土温控防裂措施
水工大体积混凝土温控防裂措施要根据裂缝产生的原因综合分析，其具体措施主要有:材料方面选用中热或低热水泥，设计采用的混凝土必需具备足够的抗拉能力、施工时采用合理的分缝分块、科学合理安排施工工序、尽量降低混凝土浇筑温度以及进行规范的养护等。
3.1提高混凝土抗裂能力
大量的工程实践表明，混凝土的自身体积收缩变形对防裂作用起到重要影响，会产生较大的约束应力，如果选用的混凝土具有一定的微膨胀性能，则可补偿部分温度收缩变形，可以大大减少约束应力，对混凝土防裂有利。所以在设计和施工中应充分考虑混凝土自身体积收缩变形及其产生的拉应力，将其作为影响混凝土抗裂性能的一个因素加以考虑，必要时合理选用微膨胀混凝土。
施工时应科学合理安排施工工序，提高施工管理水平。因为混凝土抗拉强度一般仅为抗压强度的 10%左右，温控防裂设计的安全储备一般均较小，所以应通过科学合理的施工管理及严格规范的养护来保证和改善混凝土性能，以能达到设计的混凝土抗裂强度。
3.2降低混凝土浇筑温度
降低混凝土浇筑温度是为了更多地吸收水泥水化热量，减少温升，常用方法为降低混凝土出机口温度和减少运输途中的温度回升。夏季高温季节浇筑基础约束区混凝土时，混凝土的出机口温度一般要求低达 7～10℃，采用的主要措施为预冷骨料、加冰拌和等。减少温度回升，使混凝土浇筑温度满足设计要求，应合理组织运输路线、严格控制运输时间、合理安排施工工序、减少暴露时间、及时进行养护，并在运输途中和仓面采取合适的保温措施，使预冷混凝上的浇筑温度得到有效控制。
3.3合理安排混凝土施工程序和施工进度
科学合理安排混凝土施工程序和施工进度可以防止产生基础贯穿裂缝、减少混凝土表面裂缝，体现了先进的施工管理水平。
在这方面我国与国际先进水平仍差距较大。应科学合理地安排混凝土施工程序和施工进度，努力学习和提高施工管理水平，防止因施工管理的原因产生混凝土温度裂缝。施工程序和施工进度安排应满足如下几点要求:
⑴基础约束区的混凝土浇筑应在设计规定的间歇期内连续均匀上升，不得出现薄层长间歇等现象。基础约束区混凝土的施工时间宜选择在低温季节。
⑵基础约束区以外区域要求基本做到短间歇、连续均匀上升。
⑶要求并缝的分缝区域混凝土需降至稳定温度，以防止并缝失效。宜选择在低温季节浇筑位于约束区范围内的并缝混凝土，并做到连续均匀上升。
3.4埋设冷却水管
初期通水是削减浇筑层水化热温升的常用措施之一。在混凝土内部埋设冷却水管，用连续流动的冷水通过混凝土块体内部，可以降低混凝土的内部温度，把混凝土块体冷却到稳定的体积。冷却时间一般在开始浇筑的 10～15d 内。管距、冷却水温和时间三个因素决定了冷却效率，管径的影响不大，可采用较大的管径和较小的管距，冷却水管一般可选用管径为 25mm 的薄钢管。在混凝土浇筑开始至水管覆盖一层混凝土后即可开始通水，通水持续时间以保证混凝上第二次温升不超过初次温升为宜，当达到最高温度并开始下降时应停止通水，以避免产生太陡的温度梯度，使混凝土开裂。冷却速度以每天温度下降 0.5～0.6℃左右为宜。
3.5加强养护
对浇筑后的混凝土进行充分的养护是保证混凝土强度等性能正常发展的重要措施，同时也是防止混凝土产生表面干缩裂缝的重要措施。混凝土浇筑完毕后，应及时覆盖、洒水养护，以保持混凝土表面处于经常湿润的状态，利于其各项指标参数的形成。一般在混凝土浇筑完毕后 12～18h 内即应开始养护，养护时间的长短可以视不同水泥品种和结构重要性而有所区别，最少一般不少于 14d，重要部位至少 28d 以上。对于水利结构中经常使用的抗冲磨混凝土来说，由于水泥用量较一般混凝土高，容易发生早期失水过快的干缩裂缝，因此养护工作显得更为重要。
4结束语
水工大体积混凝土产生温度裂缝的成因是错综复杂的, 受内部水化热和外界环境温度的变化影响较大,具体工程要具体分析。合理选择水泥品种,严格控制水泥用量,掺加适量的混合材料和外加剂,优化混凝土配合比,合理施工,实时监测,加强养护等措施,是预防和控制大体积混凝土温度裂缝的重要手段。
关键词：水工结构；大体积混凝土；裂缝预防处理
1前言
由于混凝土施工和结构物本身变形、约束等一系列问题,硬化成型后的混凝土会产生众多的微孔隙、气穴和微裂缝等缺陷,这些初始缺陷在混凝土受到荷载、温差等作用之后就会不断地扩展和连通,最终形成肉眼可见的宏观裂缝。混凝土开裂后的性能与原状混凝土性能相差很大,尤其是对渗透性的影响更大,而混凝土抗渗性能的恶化则会严重影响混凝土结构的安全运行和耐久性能。因此,探讨裂缝产生的原因和预防措施对防止水工大体积混凝土裂缝的出现有着重要的意义。
2大体积混凝土裂缝成因
混凝土结构裂缝产生的原因比较复杂，多种因素相互影响，裂缝类型也在发展转化。相关资料显示，裂缝的产生主要是由施工因素造成的，大约占早期裂缝的 70%左右，混凝土材料方面的原因占 20%左右，设计不当方面的原因占 10%左右。混凝土结构裂缝的产生主要与材料性质和配合比、结构设计及受力荷载、施工、使用及环境条件等有关。以下就这几个方面的因素研究裂缝产生的原因。
2.1混凝土自身的因素
2.1.1混凝土的收缩
收缩是混凝土的重要特性，收缩变形易导致混凝土开裂。收缩变形类型主要有自收缩、塑性收缩、干燥收缩、沉降收缩、化学收缩、温度收缩、碳化收缩等。混凝土的收缩受水泥类型、细度、胶凝材料用量、水灰比、骨料性质、施工和养护等因素影响。混凝土硬化过程中，受到各种收缩娄型的综合作用。对于大体积混凝土来说，冷缩是早期收缩的主要形式，干燥收缩是长期收缩的主要形式，其它收缩形式所占比例相对较小。
2.1.2水泥的水化热
水泥水化过程中的温度变化是大体积混凝土中的主要温度因素，水化过程中产生一定的热量，在一些结构尺寸较小的混凝土结构物中，这些热量可以比较容易的散发出去，而大体积混凝土结构物一般结构尺寸较大，混凝土又是热的不良导体，故水化过程产生的热量聚集在混凝土内部不易散失。实测数据表明，水泥水化热引起的温升，在大体积混凝土中一般达到20～25℃甚至更高。由于结构物有一个自然散热条件，混凝土内部的最高温度大多发生在混凝土浇筑后的最初 3～5d。
2.1.3混凝土所用材料的影响
大体积混凝土开裂的主要原因是混凝土的收縮受到各种条件的约束后而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度。所以开裂实际上反映的是收缩值、弹性模量和强度的关系问题，而这三项指标是和水泥种类和水泥用量有关的。水泥的种类对干缩值影响很大，采用普通硅酸盐水泥的混凝土的收缩值比用矿渣硅酸盐水泥的收缩值小 25%左右，所以当水泥采用不当时，由于干缩值差别较大，混凝土很容易开裂。水泥的细度对干缩值影响也很大，水泥越细，比表面积越大，混凝上也越容易开裂。
2.2结构设计及荷载因素
由于结构设计及荷载因素产生裂缝主要有以下几种情况:在设计荷载范围内，超过设计荷载范围或设计未考虑到的作用;构件断面尺寸不足、钢筋用量不足、配筋位置不当;结构物的沉降差异;次应力作用;对温度应力和混凝土收缩应力估计不足等。荷载作用引起的裂缝，可以在设计阶段通过受力计算及裂缝验算来进行裂缝控制;变形作用引起的裂缝，通常采用设置变形缝、后浇带等构造设计来进行裂缝控制。
2.3施工因素
2.3.1施工不当造成混凝土裂缝
混凝土浇筑距离生产的间隔时间过长，致使水分蒸发过多，对混凝土的坍落度等性能影响较大，使得在浇筑后的混凝土上出现不规则的收缩裂缝。为增强混凝土的流动性与和易性，现场工人人为加水，造成混凝土强度降低，水灰比不均匀及混凝土配比变化，在不同配比的混凝土之间产生凝缩裂缝和干缩裂缝。
2.3.2振捣方式不当引起裂缝
错误的振捣方式会造成混凝土产生分层、离析、表面浮浆等现象，从而使混凝土面层开裂，或造成混凝土砂浆向低处流淌，材料分布不均匀，导致混凝土产生不均匀收缩而在结构交界处出现裂缝。
商品混凝土的二次振捣。商品混凝土坍落度较大，凝结时间较长，初凝时间一般都在 10h 以上甚至更长，有时候会在混凝上内部还未达到初凝的时候表层看似已经凝结，这样的混凝土若不进行二次振捣，混凝土表面会不可避免的出现裂缝。开始是浅表性的、窄细的，若不及时处理，裂缝就会扩展，出现应力集中，最终的裂缝很可能是贯穿性的。
2.3.3养护不当引起混凝土开裂
现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因之一。
混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖进行潮湿养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝，特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩裂缝更容易发生。但是有些混凝土工程在浇筑后不能做到及时覆盖，进行保温养护，结果导致混凝土表面开裂。
对于高性能混凝土，由于其水灰比较小，胶凝材料含量较大，混凝土密实性好，泌水少。若养护条件不好、养护方法不规范，干缩情况更为严重。
3水工大体积混凝土温控防裂措施
水工大体积混凝土温控防裂措施要根据裂缝产生的原因综合分析，其具体措施主要有:材料方面选用中热或低热水泥，设计采用的混凝土必需具备足够的抗拉能力、施工时采用合理的分缝分块、科学合理安排施工工序、尽量降低混凝土浇筑温度以及进行规范的养护等。
3.1提高混凝土抗裂能力
大量的工程实践表明，混凝土的自身体积收缩变形对防裂作用起到重要影响，会产生较大的约束应力，如果选用的混凝土具有一定的微膨胀性能，则可补偿部分温度收缩变形，可以大大减少约束应力，对混凝土防裂有利。所以在设计和施工中应充分考虑混凝土自身体积收缩变形及其产生的拉应力，将其作为影响混凝土抗裂性能的一个因素加以考虑，必要时合理选用微膨胀混凝土。
施工时应科学合理安排施工工序，提高施工管理水平。因为混凝土抗拉强度一般仅为抗压强度的 10%左右，温控防裂设计的安全储备一般均较小，所以应通过科学合理的施工管理及严格规范的养护来保证和改善混凝土性能，以能达到设计的混凝土抗裂强度。
3.2降低混凝土浇筑温度
降低混凝土浇筑温度是为了更多地吸收水泥水化热量，减少温升，常用方法为降低混凝土出机口温度和减少运输途中的温度回升。夏季高温季节浇筑基础约束区混凝土时，混凝土的出机口温度一般要求低达 7～10℃，采用的主要措施为预冷骨料、加冰拌和等。减少温度回升，使混凝土浇筑温度满足设计要求，应合理组织运输路线、严格控制运输时间、合理安排施工工序、减少暴露时间、及时进行养护，并在运输途中和仓面采取合适的保温措施，使预冷混凝上的浇筑温度得到有效控制。
3.3合理安排混凝土施工程序和施工进度
科学合理安排混凝土施工程序和施工进度可以防止产生基础贯穿裂缝、减少混凝土表面裂缝，体现了先进的施工管理水平。
在这方面我国与国际先进水平仍差距较大。应科学合理地安排混凝土施工程序和施工进度，努力学习和提高施工管理水平，防止因施工管理的原因产生混凝土温度裂缝。施工程序和施工进度安排应满足如下几点要求:
⑴基础约束区的混凝土浇筑应在设计规定的间歇期内连续均匀上升，不得出现薄层长间歇等现象。基础约束区混凝土的施工时间宜选择在低温季节。
⑵基础约束区以外区域要求基本做到短间歇、连续均匀上升。
⑶要求并缝的分缝区域混凝土需降至稳定温度，以防止并缝失效。宜选择在低温季节浇筑位于约束区范围内的并缝混凝土，并做到连续均匀上升。
3.4埋设冷却水管
初期通水是削减浇筑层水化热温升的常用措施之一。在混凝土内部埋设冷却水管，用连续流动的冷水通过混凝土块体内部，可以降低混凝土的内部温度，把混凝土块体冷却到稳定的体积。冷却时间一般在开始浇筑的 10～15d 内。管距、冷却水温和时间三个因素决定了冷却效率，管径的影响不大，可采用较大的管径和较小的管距，冷却水管一般可选用管径为 25mm 的薄钢管。在混凝土浇筑开始至水管覆盖一层混凝土后即可开始通水，通水持续时间以保证混凝上第二次温升不超过初次温升为宜，当达到最高温度并开始下降时应停止通水，以避免产生太陡的温度梯度，使混凝土开裂。冷却速度以每天温度下降 0.5～0.6℃左右为宜。
3.5加强养护
对浇筑后的混凝土进行充分的养护是保证混凝土强度等性能正常发展的重要措施，同时也是防止混凝土产生表面干缩裂缝的重要措施。混凝土浇筑完毕后，应及时覆盖、洒水养护，以保持混凝土表面处于经常湿润的状态，利于其各项指标参数的形成。一般在混凝土浇筑完毕后 12～18h 内即应开始养护，养护时间的长短可以视不同水泥品种和结构重要性而有所区别，最少一般不少于 14d，重要部位至少 28d 以上。对于水利结构中经常使用的抗冲磨混凝土来说，由于水泥用量较一般混凝土高，容易发生早期失水过快的干缩裂缝，因此养护工作显得更为重要。
4结束语
水工大体积混凝土产生温度裂缝的成因是错综复杂的, 受内部水化热和外界环境温度的变化影响较大,具体工程要具体分析。合理选择水泥品种,严格控制水泥用量,掺加适量的混合材料和外加剂,优化混凝土配合比,合理施工,实时监测,加强养护等措施,是预防和控制大体积混凝土温度裂缝的重要手段。