水利施工中大体积混凝土抗裂技术探讨

水利工程大体积混凝土结构物的截面尺寸比较大，通常因外荷载形成的裂缝的可能性小，然而因混凝土收缩与在水化反应中水泥释放出来的水化热形成的温度变化的共同作用，会衍生出比较大的收缩应力与温度应力，这也是大体积混凝土结构有裂缝产生的关键原因。

1 大体积混凝土裂缝的形成原因

1.1 温差裂缝

水泥水化热形成的混凝土表层和混凝土内部的温度相差太大，通常来说，大体积混凝土结构规定浇筑时要一气呵成，浇筑完毕之后，因体积大水泥由于水化形成水化热集中于内部很难散发出去，它的内部温度将要明显上升，而它的表层散热速度较快，产生很大的温度差，促使混凝土表面形成拉应力、内部形成压应力。这个时候，混凝土抗拉强度较低，混凝土龄期比较短。一旦温差形成的表面抗拉应力比混凝土极限抗拉强度大，那么在混凝土表层就会出现裂缝。

1.2 收缩裂缝

在慢慢地硬化与散热的过程当中，混凝土形成的收缩应力较大，尤其是大体积混凝土结构物，若应力比当时混凝土极限抗拉强度要大的话，那么混凝土内就会有收缩裂缝产生。在大体积混凝土当中，就算是水灰比较大且自身收缩量值不算太大，当问同温度收缩叠加的时候就会增大应力。因此，在进行较大的水工建筑物大体积混凝土施工的过程中药先测定并考虑自身收缩因素。

1.3 安定性裂缝

龟裂之所以会出现主要归咎于水泥安定性不合格，它是安定性裂缝的主要表现形式。

2 裂缝的控制措施

2.1 防治收缩裂缝

在配置混凝土时，要高度重视采用的水泥用量、种、水灰比的控制、掺外加剂、骨料的选择等等。

2.1.1 水泥的选择与使用

在选择大坝混凝土，应当优先选择采用低含碱期强度高、初凝期长、低发热量、塑性性能好的特制泥。一般硅酸盐水泥熟料的化学成分比例如表1所示。

由上表可以得到，C2S的水花速度慢，水化热小，体积收缩不大，而且后期的强度高，由此可以得知C2S是比较适合的矿物，由于C3A的水化热最大，所以其含量应适当控制。综合因素考虑，硅酸盐水泥熟料的化学成分的比例最好能控制在C2S十C3S≥80%，C3A≤5%，C4AF≤15%这个范围内。水泥的使用品种最好不要选太多种类，而且将水泥运进工地时应当严格地进行质量检验，并进行相关试验的测试。

2.1.2 水泥的用量及其水灰比

为了保持水泥的流动性、粘聚性和保水性，为了避免配制出的混凝土质量不合格，以致不能浇筑。所以在配制混凝土时，一定要尽可能地减少水泥用量和单位水泥的用水量即水灰比，最大水灰比和最小水泥用量有一定的规定，如表2所示。

2.1.3 砂石骨料

在大体积混凝土中，骨料所占比例通常为该混凝土的绝对体积的80%～83%，所以应选择体积膨胀系数小、弹性模量低、级配均匀的骨料。砂子除了砂粒的大小要满足骨料的要求外，还要适当多加点石粉或细粉，因为石粉或细粉可以提高混凝土的密实性、工作性能、耐久性和抗裂性等。研究表明，石粉的比例一般占沙子的15%～18%。

2.1.4 掺和料

水泥掺和料选用前，一定先要经过试验的测定，然后再从试验中选取符合要求的活性材料，因为这是为了避免掺用不合格的材料，防止影响混凝土的强度和寿命等性能。在混凝土中可以掺用粉煤灰，这可以提高混凝土的抗渗性、耐久性，提高混凝土的抗拉强度，可以减少混凝土的收缩和泌水性，降低了其水化热，抑制了碱骨料间的反应，这些均有助于提高混凝土的抗裂性能。但是一定要保证粉煤灰的细度要与水泥颗粒相当，而且其含硫量和含碱量要低，所需水量比要小。混凝土中除了可以掺用粉煤灰外，添加掺合料的水泥综合性能都很好，比如添加矿渣的矿渣硅酸盐水泥、添加火山灰的火山灰硅酸盐水泥等等。

2.1.5 外加剂

为了使混凝土可以向高性能化发展，外加剂是不可或缺的重要组分，应积极使用。例如外加剂中的高效减水剂和引气剂，将它们混合使用，可以减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料的用量，这样不但减少了搅拌混凝土时所需的工作量，而且也提高了硬化混凝土的力学、热学等方面的性能，还提高其耐久性等。

2.2 温差裂缝

温差裂缝是由混凝土水化热引起的内部温度与混凝土表面的温度差异过大而引起的。所以为了避免产生温差裂缝，就要降低水化热。而导致产生较大的水化热因素有配置混凝土时的用水量、水泥用量、水灰比、掺和料和外加剂等，但还有施工中的控制问题。因此，为了更好的防治温差裂缝，一定要提高施工技术，加强施工管理。

2.2.1 浇筑法

大体积结构的混凝土浇筑可分为三种浇筑法，即全面分层、分段分层和斜面分层。如果要求混凝土浇筑强度大，则采用全面分层法浇筑；如果要求的浇筑强度小，采用斜面分层法。施工中选择浇筑法可根据结构物的形状尺寸、捣实方法和混凝土供应能力等来进行选择。目前常用的是斜面分层法。

2.2.2 混凝土的捣实

混凝土的捣实过程就是把浇筑入模的混凝土浇灌过程进行振捣的过程，这样可以提高混凝土的密实度。因为振捣可以排出气泡，使混凝土中各物料更加均匀地混合，得到最大的密实度。对于体积较大的混凝土为了更好地抗裂，最好进行两次振捣技术。

2.2.3 控制混凝土初始温度的综合措施

①限制出料口温度。当外界气温较高时，必须采取人工降温措施。如用冷水喷淋骨料，用凉风冷却骨料等。

②在坝体混凝土内预埋冷水管，进行冷却。

2.2.4 拆模

混凝土尽量晚拆模，拆模后要保证混凝土表面温度下降不能超过15℃，而且现场试块强度不能低于C5。

2.3 安定性

混凝土体积安定性是指在水泥硬化过程中，体积是否变化均匀的性能。安定性不好会使构件产生膨胀性裂纹或翘曲变形等质量事故。熟料中游离氧化钙或氧化镁过剩或石膏掺量过多等都能使安定性不好。所以配料时一定要严格检查其成分。

3 混凝土补强处理

3.1 灌浆处理

灌浆是处理混凝土裂缝的有效方法。一定要在需要补强灌浆的混凝土上钻孔灌浆。

3.2 结构补强

结构处理有多种方法，一种是小丰满补强时所采用的钢筋锚栓。另一种则是待坝体稳定后顺着裂缝面挖大约1m宽的槽，紧接着回填优质的混凝土，此法尽管施工较为繁杂，但也许是当前有效性最好的一大措施。

3.3 挖除后重新回填

事实上，像浇筑事故、裂缝、混凝土强度不够等情况比比皆是，它的影响很繁杂，此时通常水泥灌浆要想收到预期效果有着相当高的难度，更有甚者就算是采用一些结构补强措施也无济于事。为此，我们可依据实情试着去将其挖除之后再重新回填，在回填过程中唯有对温度应力与施工质量进行严格的控制，才有可能使得新老混凝土结合好。

4 结论

从前文的论证与阐释中我们不难看出，在混凝土配置、选料、施工的整个过程中慢慢控制是能够预防大体积混凝土的裂缝问题的。因此，在实践过程中我们务必要严把各过程关，进行规范化处理，如此才可确保大体积混凝土水工建筑物的质量与安全。