浅析水利工程中混凝土裂缝的成因与防治
摘要：在许多水利工程建筑物中，混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难以解决的工程实际问题，对水利工程中常见的混凝土裂缝的成因进行了探讨分析，并有针对性地提出了一些防治措施。
关键词：水利工程建筑物;混凝土裂缝;防治措施
1、引言
在许多的重力坝、水闸、渡槽、涵洞水利工程中，由于混凝土的施工和本身变形、约束等一系列因素，均产生大量的表面裂缝和贯穿性裂缝。因为裂缝的存在和发展，破坏了水工建筑物结构的整体性，影响了水工建筑物的结构受力状况与稳定，给水工建筑物结构的运行事带来不确定性，而且易导致水工建筑物内部与钢筋锈蚀，降低水工建筑物结构的耐久性，甚至会引起渗透变形，危及水工建筑物的结构的稳定性。由此可见，分析裂缝的成因，探讨防治措施，对水利工程建筑物的应用有着极其重要的意义。
当然，引起水工建筑物混凝土结构产生裂缝的原因是多方面的。但是，归纳起来可分为荷载作用引起的裂缝和非荷载引起的裂缝两类。本文对这两类因素进行了分析，并根据实践经验对在施工中进行预防的措施，供参考。
2、荷载作用引起的裂缝
2.1水工建筑物混凝土结构在使用荷载作用下，由于截面的混凝土拉应变大多是大于混凝土极限拉伸值的，所以构件在使用时总是带缝工作的。这类裂缝总是与主拉应力方向大致垂直，且最先在荷载效应最大处产生。如果荷载效应相同，裂缝首先在混凝土抗拉能力最薄弱处产生。
2.2预防荷载作用引起的裂缝的措施是合理的配筋。在施工过程中，选用混凝土粘结较好的变形钢筋，控制钢筋的应力不过高，钢筋的直径不过粗，并用钢筋不在混凝土中分布比较均匀。这样就能较好地控制正常使用条件下裂缝宽度，不致过宽。
3、非荷载引起的裂缝
在水工建筑物混凝土物件中，大部份缝是由非荷载因素引起的，如温度变化、混凝土收缩、基础不匀沉降、塑性坍落、钢筋锈蚀、碱—骨科化学反应等等。
3.1温度变化引起的裂缝
3.1.1水工建筑结构件随着温度的变化而产生变形，即通常所说的热胀冷缩。当变形受到约束时，便产生了裂缝，约束的程度越大，裂缝就越宽。
预防热胀冷缩的措施：一是撤去约束，允许自由的产生变形;二是设置伸缩缝。
3.1.2水泥和水所引起化学反应引起裂缝。大体积混凝土开列的主要原因之一，是由于混凝土在硬化过程中，水泥和水起化学反应，产生大量的水化热引起混凝土的温度上升，如果热量不能很快散失，内部和外部温差过大，就将产生温度应力，使结构内部受压，外部受拉。混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉强度，如果由内外温度差引起的拉应力超过混凝土早期抗拉强度时，混凝土就要产生裂缝。
防止这类裂缝产生的措施是：①尽量选用低热或中热降低泥矿渣水泥、粉煤灰水泥;②减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m2以下;③降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下;④改善骨科级配，掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量，降低水化热;⑤改善混凝土的搅拌工艺，采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度;⑥在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水热化，推迟热峰出现的时间;⑦合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束;⑧在大体积混凝土内部设置冷却管道，通过冷水或冷气冷却，减小混凝土的内部温差;⑨加强混凝土温度的监控，及时采取冷却保护措施;⑩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，并洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表现缓慢冷却，在寒冷季节，混凝土两面必须采取保温措施，以防寒潮袭击。
3.1.3构件硬化成型后，在使用中，如果温度较大，构件内部温度梯度就极大，也会引起构件开裂。
3.1.4预防产生比类裂缝的措施是：采用隔热(或保温)措施，尽量减少构件内部温度梯度，在配筋时应考虑温度力的影响。
3.2混凝土收缩引起的裂缝
3.2.1混凝土在空气中结硬时，体积要缩小，产生收缩变形，当受到约束时，就可能导致裂缝的产生。
3.2.2在配筋率较高的构件中，由于钢筋对周围混凝土的约束作用增强，混凝土的收缩也会受到钢筋的限制而产生拉应力，引起构件局部裂缝。
3.2.3新老混凝土界面容易产生收缩裂缝。
3.2.4防止和减少收缩裂缝的措施：①合理设置收缩缝;②改善水泥土性能，降低水灰比，减少水泥用量;③配筋率不宜过高，设置构造钢筋收缩裂缝健分布均匀，避免发生集中的大裂缝;④加强混凝土的时期养护，并适应当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。
3.3混凝土塑性坍落引起的裂缝
3.3.1混凝土塑性坍落发生在混凝土浇筑后的头几个小时内，这时混凝土还处于塑性状态，如果混凝土出现泌水现象，在重力作用下混合料中的固体颗粒有向下沉移而水向上浮动的倾向。这种移动当受到钢筋骨架或者模板约束时，在上部就容易形成沿钢筋长度方向的裂缝。
3.3.2预防措施是：①要仔细选择集料的配级，做好混凝土的配合比设计，特别是要控制水灰比，采用适量的减水剂;②施工时混凝土既不能漏振也不能过振，避免混凝土泌水现象的发生，防止模板沉陷;③如果发生这类裂缝，可在混凝土终凝以前重新抹面压光，使裂缝闭合。
3.4基础不均匀沉降引起的裂缝
3.4.1基础不均匀沉降，使超静结构受迫，从而导致裂缝。
3.4.2防止基础不均匀引起裂缝的措施是：根据地基条件及上部结构形式，采用合理的构造措施及设置沉降缝。
3.5冰冻引起的裂缝
3.5.1水在结冰过程中，荷重要增加，因此，水在设灌浆或灌浆不饱满的预应力构件孔道中结冰，就可以产生沿着孔道方向的纵向裂缝。
3.5.2预防冰冻裂缝的措施：在建筑物基础梁下填一定厚度的松散材料(炉渣)。
3.6钢筋锈蚀引起的裂缝
3.6.1原因：钢筋的生锈过程实际上是电化学反应过程，这种效应可在钢筋周围的混凝土中产生胀拉应力，如果混凝土的保护层比较薄，不是以抵抗这种拉应力时，就会沿着钢筋形成一条顺筋裂缝。顺筋裂缝一旦产生，又进一步促进钢筋锈蚀程度的增加，形成恶性循环，最后导致混凝土保护层剥落，甚至钢筋锈断。这种顺筋裂缝对结构的耐久性影响最大
3.6.2预防措施：防止顺筋裂缝的措施是提高混凝土的密实度和抗渗性，适当加大保护层的厚度。
3.7碱——骨科化学反应引起的裂缝
3.7.1原因和分析：碱——骨科反应是指混凝土孔隙中水泥的碱性溶液与活性骨科(含活性Si02)化学反应，生成碱——硅酸凝胶，碱硅胶温水后可产生膨胀，使混凝土胀裂，开始时在混凝土表面形成不规则的细小裂缝，然后由表及里地发展，裂缝中充满了白色深沉。
3.7.2预防措施：碱——骨科化学反应对结构件的耐久性影响极大，为了控制碱——骨科的化学反应速度应选择优质骨科和低含碱量水泥，并提高混凝土的密实度和采用较低的水灰比。
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] 李常升.水利工程质量监控与通病防治全书[M].北京：中国环境科学出版社，1999.
[2] 黄国兴，陈改新.水利工程混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京：中国水利水电出版社，1986.
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