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关键词：混凝土裂缝、原因、预防
论文摘要：由于水利工程所具有的一些特殊性，像大体积、野外露天、跨年度历经各种气候等，在许多的水利工程建筑物中，混凝土的裂缝问题是一个普遍存在又难以解决的工程实际问题，本问对水利工程中常见的混凝土裂缝的原因进行分析，并从施工角度提出一些防治措施。
概述
在水利工程中,混凝土是工程中使用最普遍,用量广泛的一种混合材料。由于混凝土施工和本身变形及约束等一系列因素，使混凝土可能产生裂缝。裂缝尤其是那种深层裂缝的存在，对水工建筑物的安全是一个很大的隐患，它破坏建筑物结构的整体性，影响其受力状况与稳定，易导致水工建筑物内部钢筋的锈蚀，降低建筑物结构的耐久性，可能使建筑物发生渗漏，引起渗透变形，从而危及到水工建筑物的结构的稳定性。由此可见，分析水工砼裂缝的成因，探讨防治措施，对水利工程建筑物的应用有着重要的意义。
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而形成的非均质的多项复合脆性材料。混凝土内部有凝胶孔、毛细孔和打孔在微观上相互连通组成的空间孔隙网络，还存在许多微细裂缝。这些微细裂缝是由于在水泥水化凝结硬化过程中各组成分沉陷、干燥、碳化等因素产生的。这些裂缝是石子与砂浆粘结面上的裂缝(粘结裂缝)、砂浆本身的裂缝(砂浆裂缝)和穿越石子的裂缝。这些裂缝就是混凝土先天存在的缺陷。在荷载作用下，毛细孔和大孔以及微裂缝张开、长大，宏观上连通，最后形成裂缝。混凝土的力学性能特点是抗压强度大，抗拉强度小，裂缝的产生的原因是荷载的作用使混凝土内部的应力超过了混凝土承受的能力，或混凝土的变形超过了其极限变形的能力。
水工混凝土裂缝的种类
混凝土裂缝产生的原因可划分为:由荷载引起的裂缝和非荷载引起的裂缝。荷载引起的裂缝主要是由设计方面完善设计，考虑荷载。对于施工方更多是要注意由非荷载引起的裂缝。
2.1混凝土温度裂缝。一是混凝土早期拆模遇气温骤降的寒潮天气、二是大体积混凝土水化产生大量水化热得不到散发，这两种情况导致混凝土内外温差过大，使混凝土的变形超过极限而引起裂缝。水泥水化反应将放出大量的热(一般每克水泥可放出502J热量),使混凝土内部温度升高并在一定龄期出现温峰。混凝土到达最高温度的时间一般是在浇筑后3～6d,以后开始逐渐下降。如果依靠它自身的冷却达到稳定温度的历时是很长的。由于物体都有热胀冷缩的这么一个特性。内部的混凝土在高温的作用下要发生热胀，表层的混凝土由于散热快热胀小从而对内部混凝土的热胀产生约束；或者对遭遇温度骤降而急剧收缩的外部表层混凝土产生约束，但此时混凝土本身的抗拉强度和极限拉伸值仍然较低。由于温度时间历程短、幅度大，徐变性能不能发挥作用，约束程度很大。温度应力极易超过极限抗拉强度，局部变形也容易超过当时的极限拉伸值，就出现裂缝。
2.2混凝土干缩裂缝。收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。我们知道,混凝土是以水泥为主要胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中,为保证其和易性,往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土体积收缩。此外,混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定,混凝土最终收缩量约为0.04%~0.06%。可见,收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。
2.3混凝土塑性坍落裂缝。沉降收缩裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生,并在硬化时停止。其形成原因是浆体在浇捣后发生不均匀沉落,粗骨料下沉,水泥净浆上浮,当沉降受抑制(如钢筋或预埋件的阻挡)时使混凝土因剪切而开裂。此外在表面形成的浮浆层也会因泌水而开裂。这种裂缝多出现在混凝土表面,且沿主筋或箍筋通长方向分布,中间宽两端窄,是一种常见的早期裂缝,尤其在泵送施工中更常见。因为泵送混凝土流动性、塌落度和砂率比普通混凝土大很多，早期强度低所以其水分特别容易散失，表面容易形成裂缝。
2.4混凝土沉陷裂缝。沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。
2.5原材料不合格引起的裂缝。混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格,可能导致结构出现裂缝。①砂石含泥量超过规定,不仅降低混凝土的强度和抗渗性,还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差,或砂颗粒过细,用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇,水、硅反应会生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,则构件产生爆裂状裂缝,在潮湿的地方较为多见。②水泥的安定性不合格，造成混凝土建筑物产生膨胀性裂缝，
3.预防措施
3.1温度裂缝的预防措施
(1)从材料方面，尽量选用發热低的低热水泥，或选用含MgO为3.5%～5.0%的中热水泥，使其混凝土具有膨胀型自生体积变形；为降低水泥用量，减少水化热温升，可通过掺高效减水剂和掺活性掺合料，如粉煤灰。有实验证明，在42.5级中热水泥中掺30%Ⅱ级粉煤灰，7d水化热降低约15%，掺40%时降低约25%，掺50%时降低约32%，掺60%时降低约43%。粉煤灰不仅降低温升，还具有消减温峰和推迟最高温升出现的时间。
(2)从施工方面，一是在高温季节降低混凝土的入仓温度，控制水泥等胶凝材料的温度，对骨料进行预冷，采用加冰搅拌等方式。混凝土运输过程中注意防晒，选择傍晚或清晨浇筑。二是合理确定浇筑的分层分块厚度，薄层浇筑有利于层面散热，有利于降低混凝土块的最高温升和内外温差，从而降低温度应力，减少约束。但薄层浇筑时，施工缝较多，对强度、抗渗不利，层面处理工作量大。所以应该合理选择分层厚度，目前我国多采用1.5-3.0m的层厚，美国大多采用1.5-2.3m的薄层。三是在大体积混凝土内部设置冷却管道，通冷水或者冷气冷却，加快内部混凝土的散热，减小混凝土的内外温差。四是加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节或气温骤降期间，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。合理设置温度伸缩缝，并在缝内填充符合要求的保温材料。
3.2干缩裂缝的预防措施
(1)选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。
(2)选用低水灰比的混凝土。混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大,干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。
(3)加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
3.3塑性坍落裂缝的预防
选用级配良好的骨料拌制混凝土。一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。五是混凝土要分层浇筑，每层的厚度根据所采用的振动棒的形式确定并不大于50cm,振捣过程要密实，不漏振；六是通过在混凝土中加入合成纤维以提高混凝土早期抗裂性，减少塑性收缩裂缝。
3.4沉陷裂缝的预防
在对松软土、填土地基上部结构施工前应进行必要的夯实和加固，严格做好压实度的检测；保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。在基坑开挖完成后，应及时进行上部结构的施工，防止地基被雨水浸泡和受冻。
3.5原材料引起的裂缝的预防
对每一批进场的材料要有合格证和检测证书，并且按要求对其进行抽检复验。合格后方允许使用。
4、结束语
裂缝是水利建筑物混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低水利建筑物的抗渗能力，影响水利建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响水利建筑物的承载能力。所以，必须对混凝土裂缝进行深入细致的调查研究，区别对待，在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，以保证水利工程建筑物的构件的安全、稳定、经久、耐用。
参考文献
1 王国秉等. 水工混凝土裂缝的防止. 山西水利科技,2001 (1)
2 朱伯芳等. 水工混凝土结构的温度应力与温度控制. 北京:水利电力出版社,1976 年
3 李常升.水利工程质量监控与通病防治全书[M]．北京：环境出版社，1999年
论文摘要：由于水利工程所具有的一些特殊性，像大体积、野外露天、跨年度历经各种气候等，在许多的水利工程建筑物中，混凝土的裂缝问题是一个普遍存在又难以解决的工程实际问题，本问对水利工程中常见的混凝土裂缝的原因进行分析，并从施工角度提出一些防治措施。
概述
在水利工程中,混凝土是工程中使用最普遍,用量广泛的一种混合材料。由于混凝土施工和本身变形及约束等一系列因素，使混凝土可能产生裂缝。裂缝尤其是那种深层裂缝的存在，对水工建筑物的安全是一个很大的隐患，它破坏建筑物结构的整体性，影响其受力状况与稳定，易导致水工建筑物内部钢筋的锈蚀，降低建筑物结构的耐久性，可能使建筑物发生渗漏，引起渗透变形，从而危及到水工建筑物的结构的稳定性。由此可见，分析水工砼裂缝的成因，探讨防治措施，对水利工程建筑物的应用有着重要的意义。
混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其它外加材料混合而形成的非均质的多项复合脆性材料。混凝土内部有凝胶孔、毛细孔和打孔在微观上相互连通组成的空间孔隙网络，还存在许多微细裂缝。这些微细裂缝是由于在水泥水化凝结硬化过程中各组成分沉陷、干燥、碳化等因素产生的。这些裂缝是石子与砂浆粘结面上的裂缝(粘结裂缝)、砂浆本身的裂缝(砂浆裂缝)和穿越石子的裂缝。这些裂缝就是混凝土先天存在的缺陷。在荷载作用下，毛细孔和大孔以及微裂缝张开、长大，宏观上连通，最后形成裂缝。混凝土的力学性能特点是抗压强度大，抗拉强度小，裂缝的产生的原因是荷载的作用使混凝土内部的应力超过了混凝土承受的能力，或混凝土的变形超过了其极限变形的能力。
水工混凝土裂缝的种类
混凝土裂缝产生的原因可划分为:由荷载引起的裂缝和非荷载引起的裂缝。荷载引起的裂缝主要是由设计方面完善设计，考虑荷载。对于施工方更多是要注意由非荷载引起的裂缝。
2.1混凝土温度裂缝。一是混凝土早期拆模遇气温骤降的寒潮天气、二是大体积混凝土水化产生大量水化热得不到散发，这两种情况导致混凝土内外温差过大，使混凝土的变形超过极限而引起裂缝。水泥水化反应将放出大量的热(一般每克水泥可放出502J热量),使混凝土内部温度升高并在一定龄期出现温峰。混凝土到达最高温度的时间一般是在浇筑后3～6d,以后开始逐渐下降。如果依靠它自身的冷却达到稳定温度的历时是很长的。由于物体都有热胀冷缩的这么一个特性。内部的混凝土在高温的作用下要发生热胀，表层的混凝土由于散热快热胀小从而对内部混凝土的热胀产生约束；或者对遭遇温度骤降而急剧收缩的外部表层混凝土产生约束，但此时混凝土本身的抗拉强度和极限拉伸值仍然较低。由于温度时间历程短、幅度大，徐变性能不能发挥作用，约束程度很大。温度应力极易超过极限抗拉强度，局部变形也容易超过当时的极限拉伸值，就出现裂缝。
2.2混凝土干缩裂缝。收缩裂缝是由湿度变化引起的,它占混凝土非结构性裂缝中的主要部分。我们知道,混凝土是以水泥为主要胶结材料,以天然砂、石为骨料加水拌合,经过浇筑成型、凝结硬化形成的人工石材。在施工中,为保证其和易性,往往加入比水泥水化作用所需的水分多4~5倍的水。多出的这些水分以游离态形式存在,并在硬化过程中逐步蒸发,从而在混凝土内部形成大量毛细孔、空隙甚至孔洞,造成混凝土体积收缩。此外,混凝土硬化过程中水化作用和碳化作用也会引起混凝土体积收缩。根据有关试验测定,混凝土最终收缩量约为0.04%~0.06%。可见,收缩是混凝土固有的物理特性,一般来说,水灰比越大、水泥强度越高、骨料越少、环境温度越高、表面失水越大,则其收缩值越大,也越易产生收缩裂缝。
2.3混凝土塑性坍落裂缝。沉降收缩裂缝约在混凝土浇筑后半小时发生,并在硬化时停止。其形成原因是浆体在浇捣后发生不均匀沉落,粗骨料下沉,水泥净浆上浮,当沉降受抑制(如钢筋或预埋件的阻挡)时使混凝土因剪切而开裂。此外在表面形成的浮浆层也会因泌水而开裂。这种裂缝多出现在混凝土表面,且沿主筋或箍筋通长方向分布,中间宽两端窄,是一种常见的早期裂缝,尤其在泵送施工中更常见。因为泵送混凝土流动性、塌落度和砂率比普通混凝土大很多，早期强度低所以其水分特别容易散失，表面容易形成裂缝。
2.4混凝土沉陷裂缝。沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。
2.5原材料不合格引起的裂缝。混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格,可能导致结构出现裂缝。①砂石含泥量超过规定,不仅降低混凝土的强度和抗渗性,还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差,或砂颗粒过细,用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。碱骨料反应。骨料中含有泥性硅化物质与碱性物质相遇,水、硅反应会生成膨胀的胶质,吸水后造成局部膨胀和拉应力,则构件产生爆裂状裂缝,在潮湿的地方较为多见。②水泥的安定性不合格，造成混凝土建筑物产生膨胀性裂缝，
3.预防措施
3.1温度裂缝的预防措施
(1)从材料方面，尽量选用發热低的低热水泥，或选用含MgO为3.5%～5.0%的中热水泥，使其混凝土具有膨胀型自生体积变形；为降低水泥用量，减少水化热温升，可通过掺高效减水剂和掺活性掺合料，如粉煤灰。有实验证明，在42.5级中热水泥中掺30%Ⅱ级粉煤灰，7d水化热降低约15%，掺40%时降低约25%，掺50%时降低约32%，掺60%时降低约43%。粉煤灰不仅降低温升，还具有消减温峰和推迟最高温升出现的时间。
(2)从施工方面，一是在高温季节降低混凝土的入仓温度，控制水泥等胶凝材料的温度，对骨料进行预冷，采用加冰搅拌等方式。混凝土运输过程中注意防晒，选择傍晚或清晨浇筑。二是合理确定浇筑的分层分块厚度，薄层浇筑有利于层面散热，有利于降低混凝土块的最高温升和内外温差，从而降低温度应力，减少约束。但薄层浇筑时，施工缝较多，对强度、抗渗不利，层面处理工作量大。所以应该合理选择分层厚度，目前我国多采用1.5-3.0m的层厚，美国大多采用1.5-2.3m的薄层。三是在大体积混凝土内部设置冷却管道，通冷水或者冷气冷却，加快内部混凝土的散热，减小混凝土的内外温差。四是加强混凝土养护，混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻片等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。在寒冷季节或气温骤降期间，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。合理设置温度伸缩缝，并在缝内填充符合要求的保温材料。
3.2干缩裂缝的预防措施
(1)选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低水泥的用量。
(2)选用低水灰比的混凝土。混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大,干缩越大，因此在混凝土配合比设计中应尽量控制好水灰比的选用，同时掺加合适的减水剂。
(3)加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。五是在混凝土结构中设置合适的收缩缝。
3.3塑性坍落裂缝的预防
选用级配良好的骨料拌制混凝土。一是选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二是严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三是浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四是及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五是在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。五是混凝土要分层浇筑，每层的厚度根据所采用的振动棒的形式确定并不大于50cm,振捣过程要密实，不漏振；六是通过在混凝土中加入合成纤维以提高混凝土早期抗裂性，减少塑性收缩裂缝。
3.4沉陷裂缝的预防
在对松软土、填土地基上部结构施工前应进行必要的夯实和加固，严格做好压实度的检测；保证模板有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀。在基坑开挖完成后，应及时进行上部结构的施工，防止地基被雨水浸泡和受冻。
3.5原材料引起的裂缝的预防
对每一批进场的材料要有合格证和检测证书，并且按要求对其进行抽检复验。合格后方允许使用。
4、结束语
裂缝是水利建筑物混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低水利建筑物的抗渗能力，影响水利建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响水利建筑物的承载能力。所以，必须对混凝土裂缝进行深入细致的调查研究，区别对待，在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，以保证水利工程建筑物的构件的安全、稳定、经久、耐用。
参考文献
1 王国秉等. 水工混凝土裂缝的防止. 山西水利科技,2001 (1)
2 朱伯芳等. 水工混凝土结构的温度应力与温度控制. 北京:水利电力出版社,1976 年
3 李常升.水利工程质量监控与通病防治全书[M]．北京：环境出版社，1999年