淺析水利工程中混凝土裂縫的成因與防治
摘要：在許多水利工程建筑物中，混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難以解決的工程實際問題，對水利工程中常見的混凝土裂縫的成因進行了探討分析，并有針對性地提出了一些防治措施。
關鍵詞：水利工程建筑物;混凝土裂縫;防治措施
1、引言
在許多的重力壩、水閘、渡槽、涵洞水利工程中，由于混凝土的施工和本身變形、約束等一系列因素，均產生大量的表面裂縫和貫穿性裂縫。因為裂縫的存在和發展，破壞了水工建筑物結構的整體性，影響了水工建筑物的結構受力狀況與穩定，給水工建筑物結構的運行事帶來不確定性，而且易導致水工建筑物內部與鋼筋銹蝕，降低水工建筑物結構的耐久性，甚至會引起滲透變形，危及水工建筑物的結構的穩定性。由此可見，分析裂縫的成因，探討防治措施，對水利工程建筑物的應用有著極其重要的意義。
當然，引起水工建筑物混凝土結構產生裂縫的原因是多方面的。但是，歸納起來可分為荷載作用引起的裂縫和非荷載引起的裂縫兩類。本文對這兩類因素進行了分析，并根據實踐經驗對在施工中進行預防的措施，供參考。
2、荷載作用引起的裂縫
2.1水工建筑物混凝土結構在使用荷載作用下，由于截面的混凝土拉應變大多是大于混凝土極限拉伸值的，所以構件在使用時總是帶縫工作的。這類裂縫總是與主拉應力方向大致垂直，且最先在荷載效應最大處產生。如果荷載效應相同，裂縫首先在混凝土抗拉能力最薄弱處產生。
2.2預防荷載作用引起的裂縫的措施是合理的配筋。在施工過程中，選用混凝土粘結較好的變形鋼筋，控制鋼筋的應力不過高，鋼筋的直徑不過粗，并用鋼筋不在混凝土中分布比較均勻。這樣就能較好地控制正常使用條件下裂縫寬度，不致過寬。
3、非荷載引起的裂縫
在水工建筑物混凝土物件中，大部份縫是由非荷載因素引起的，如溫度變化、混凝土收縮、基礎不勻沉降、塑性坍落、鋼筋銹蝕、堿—骨科化學反應等等。
3.1溫度變化引起的裂縫
3.1.1水工建筑結構件隨著溫度的變化而產生變形，即通常所說的熱脹冷縮。當變形受到約束時，便產生了裂縫，約束的程度越大，裂縫就越寬。
預防熱脹冷縮的措施：一是撤去約束，允許自由的產生變形;二是設置伸縮縫。
3.1.2水泥和水所引起化學反應引起裂縫。大體積混凝土開列的主要原因之一，是由于混凝土在硬化過程中，水泥和水起化學反應，產生大量的水化熱引起混凝土的溫度上升，如果熱量不能很快散失，內部和外部溫差過大，就將產生溫度應力，使結構內部受壓，外部受拉。混凝土在硬化初期，只有很低的抗拉強度，如果由內外溫度差引起的拉應力超過混凝土早期抗拉強度時，混凝土就要產生裂縫。
防止這類裂縫產生的措施是：①盡量選用低熱或中熱降低泥礦渣水泥、粉煤灰水泥;②減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在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改善骨科級配，摻加粉煤灰或高效減少水劑等來減少水泥用量，降低水化熱;⑤改善混凝土的攪拌工藝，采用“二次風冷”新工藝降低混凝土的澆筑溫度;⑥在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑，改善混凝土拌和物的流動性、保水性，降低水熱化，推遲熱峰出現的時間;⑦合理安排施工工序，分層、分塊澆筑，以利于散熱，減小約束;⑧在大體積混凝土內部設置冷卻管道，通過冷水或冷氣冷卻，減小混凝土的內部溫差;⑨加強混凝土溫度的監控，及時采取冷卻保護措施;⑩加強混凝土養護，混凝土澆筑后，及時用濕潤的草簾、麻片等覆蓋，并灑水養護，適當延長養護時間，保證混凝土表現緩慢冷卻，在寒冷季節，混凝土兩面必須采取保溫措施，以防寒潮襲擊。
3.1.3構件硬化成型后，在使用中，如果溫度較大，構件內部溫度梯度就極大，也會引起構件開裂。
3.1.4預防產生比類裂縫的措施是：采用隔熱(或保溫)措施，盡量減少構件內部溫度梯度，在配筋時應考慮溫度力的影響。
3.2混凝土收縮引起的裂縫
3.2.1混凝土在空氣中結硬時，體積要縮小，產生收縮變形，當受到約束時，就可能導致裂縫的產生。
3.2.2在配筋率較高的構件中，由于鋼筋對周圍混凝土的約束作用增強，混凝土的收縮也會受到鋼筋的限制而產生拉應力，引起構件局部裂縫。
3.2.3新老混凝土界面容易產生收縮裂縫。
3.2.4防止和減少收縮裂縫的措施：①合理設置收縮縫;②改善水泥土性能，降低水灰比，減少水泥用量;③配筋率不宜過高，設置構造鋼筋收縮裂縫健分布均勻，避免發生集中的大裂縫;④加強混凝土的時期養護，并適應當延長混凝土保溫覆蓋時間，并涂刷養護劑養護。
3.3混凝土塑性坍落引起的裂縫
3.3.1混凝土塑性坍落發生在混凝土澆筑后的頭幾個小時內，這時混凝土還處于塑性狀態，如果混凝土出現泌水現象，在重力作用下混合料中的固體顆粒有向下沉移而水向上浮動的傾向。這種移動當受到鋼筋骨架或者模板約束時，在上部就容易形成沿鋼筋長度方向的裂縫。
3.3.2預防措施是：①要仔細選擇集料的配級，做好混凝土的配合比設計，特別是要控制水灰比，采用適量的減水劑;②施工時混凝土既不能漏振也不能過振，避免混凝土泌水現象的發生，防止模板沉陷;③如果發生這類裂縫，可在混凝土終凝以前重新抹面壓光，使裂縫閉合。
3.4基礎不均勻沉降引起的裂縫
3.4.1基礎不均勻沉降，使超靜結構受迫，從而導致裂縫。
3.4.2防止基礎不均勻引起裂縫的措施是：根據地基條件及上部結構形式，采用合理的構造措施及設置沉降縫。
3.5冰凍引起的裂縫
3.5.1水在結冰過程中，荷重要增加，因此，水在設灌漿或灌漿不飽滿的預應力構件孔道中結冰，就可以產生沿著孔道方向的縱向裂縫。
3.5.2預防冰凍裂縫的措施：在建筑物基礎梁下填一定厚度的松散材料(爐渣)。
3.6鋼筋銹蝕引起的裂縫
3.6.1原因：鋼筋的生銹過程實際上是電化學反應過程，這種效應可在鋼筋周圍的混凝土中產生脹拉應力，如果混凝土的保護層比較薄，不是以抵抗這種拉應力時，就會沿著鋼筋形成一條順筋裂縫。順筋裂縫一旦產生，又進一步促進鋼筋銹蝕程度的增加，形成惡性循環，最后導致混凝土保護層剝落，甚至鋼筋銹斷。這種順筋裂縫對結構的耐久性影響最大
3.6.2預防措施：防止順筋裂縫的措施是提高混凝土的密實度和抗滲性，適當加大保護層的厚度。
3.7堿——骨科化學反應引起的裂縫
3.7.1原因和分析：堿——骨科反應是指混凝土孔隙中水泥的堿性溶液與活性骨科(含活性Si02)化學反應，生成堿——硅酸凝膠，堿硅膠溫水后可產生膨脹，使混凝土脹裂，開始時在混凝土表面形成不規則的細小裂縫，然后由表及里地發展，裂縫中充滿了白色深沉。
3.7.2預防措施：堿——骨科化學反應對結構件的耐久性影響極大，為了控制堿——骨科的化學反應速度應選擇優質骨科和低含堿量水泥，并提高混凝土的密實度和采用較低的水灰比。
4、結束語
裂縫是水利建筑物混凝土結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低水利建筑物的抗滲能力，影響水利建筑物的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響水利建筑物的承載能力。所以，必須對混凝土裂縫進行深入細致的調查研究，區別對待，在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現和發展，以保證水利工程建筑物的構件的安全、穩定、經久、耐用。
參考文獻
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