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摘要：混凝土是水利工程建筑物的常用材料，水工混凝土裂缝是一种普遍现象，本文对该现象的成因进行分析，并提出相应的预防和处理措施，供大家参考。
关键词： 水工混凝土 裂缝 抗压强度 控制措施
1前言
水工混凝土一般都是清水混凝土，混凝土出现裂缝后，不仅影响结构外观正常使用性能，而且还影响混凝土抵抗外界侵蚀介质的能力，从而影响水工混凝土结构的耐久性。虽然大多数裂缝早期危害程度较小，随着时间的推移，一些表层裂缝会逐渐发展成深层或贯穿性裂缝。水工建筑物一旦带缝工作，将会使混凝土内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低水工混凝土的承载能力及建筑物的安全稳定性。如不及时对裂缝进行修补处理，将会造成工程失事，严重者将会威胁到人民生命财产的安全。
2 水工混凝土裂缝成因分析
只有找到产生裂缝的真正原因才可能找到控制和处理裂缝的可靠方法。如果忽视裂缝成因分析，盲目行事，往往会导致控制或修补措施不当，造成人力、物力、财力的大量浪费，甚至发生严重的工程事故或人身伤亡事故。在实际工程中，我们一般根据裂缝基本调查结果去推断开裂原因，然后根据开裂原因确认其所属类别。弄清裂缝类别后才能正确选用相应的技术处理措施。所以，我们应科学分析开裂原因，正确判断裂缝类别，为进一步采取控制措施提供依据。
2.1 材料原因
（1）水泥品种选择不当，如矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大；一般情况下，C A含量大、细度更大的水泥干缩大。水泥的非正常凝结、水泥的水化热过高、水泥的非正常膨胀及水泥含碱量高等原因也会诱导水工混凝土开裂。
（2）使用了泥土含量较高、质量低劣或碱活性骨料而导致混凝土裂缝。
（3）骨料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。
（4）骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。
（5）使用的拌和水含有氯化物。
（6）外加剂、掺合料选择不当或掺量不当，严重增加混凝土收缩造成裂缝。
（7）水泥等级越高、细度越细、强度越高对混凝土开裂影响很大。
2.2 设计原因
（1）设计结构的断面突变或尖角孔洞等产生的应力集中引起局部裂缝。
（2）结构设计中构造钢筋过少或断面及钢筋用量不足、受力钢筋直径过粗引起裂缝。
（3）设计中没有考虑到不均匀沉陷、混凝土收缩变形等原因而引起结构裂缝。
（4）设计中采用的水工混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利 。
（5）配合比设计中水灰比过大，容易产生收缩裂缝。
（6）配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离析、泌水、保水性不良，增加混凝土收缩。
（7）单方混凝土水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。
2.3 施工原因
（1）水工混凝土掺合料拌和不匀或拌和时间过长导致裂缝。
（2）运输时漏浆改变了浆骨比、运距较远而受烈日照射或雨淋改变了水灰比。
（3）浇筑顺序不合适，浇筑速度不当，振捣不当（漏振、过振或振捣棒抽拔过快）；或分缝分块不恰当，难以承受外界条件和荷载的影响等。
（4）硬化前受到振动或加荷，初期养护时急骤干燥，初期冻害等造成裂缝。
（5）温度控制设计不合理，浇筑温度过高，通水冷却不及时，对水化热计算不准，新浇混凝土气温骤降又无保温措施或保温效果太差，引起水工混凝土内部温度过高或内外温差过大，从而产生温度裂缝。
（6）钢筋被扰动或保护层厚度不足。
（7）模板漏浆或底部渗水、模板变形、模板支撑下沉及过早拆模。
（8）现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。
（9）对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。
2.4 使用与环境原因
（1）水工混凝土建筑物基础不均匀沉降产生沉降裂缝。
（2）承受超负荷的意外荷载而引起裂缝。
（3）酸碱盐类对水工混凝土的侵蚀引起裂缝。
（4）混凝土碳化或氯化物的侵入引起内部钢筋锈蚀，引起体积膨胀，膨胀量在2～4倍左右，此时混凝土中产生很大的膨胀应力而把混凝土保护层胀裂，形成沿钢筋的“顺筋裂缝”。
（5）环境温湿度的剧烈变化、反复冻融作用引起裂缝。
（6）火灾、地震等意外事件产生裂缝。
3 水工混凝土裂缝的控制
3.1 材料方面
（1）根据水工混凝土建筑物的要求选择合适的水泥品种及等级；选用质地优良、级配良好的砂石骨料，在条件允许时，粗骨料尽量选用粒径较大、热膨胀系数小的骨料，以降低温度应力；细骨料以中、粗砂为宜；优先选用优质外掺料；结合水工混凝土建筑物的工作特性及环境，优化配合比等。通过这些途径可以有效地改善混凝土的热学性能和力学性能，提高混凝土的密实性，这是控制混凝土裂缝的基础。
（2）混凝土的抗拉强度、极限拉伸值均随着水灰比的减小而提高，混凝土的收缩则随着水灰比的减小而减小，所以，在满足混凝土施工和易性的前提下，减小水灰比对大体积水工混凝土抗裂是有利的。
（3）积极采用水工混凝土掺合料和引气剂。使用掺合料和外加剂可以减小水灰比、减少水泥用量、降低混凝土绝热温升、降低水化热放热速率、延缓温度峰值出现的时间、改善水工混凝土的工作特性，因而可以极大降低产生裂缝的机会。我们应根据水工建筑物的工作性态及部位的不同选用适宜的掺合料和引气剂。 （4）水工混凝土建筑物抗裂要求高的部位可考虑采用混凝土抗裂合成纤维。例如，采用凯泰改性聚丙烯纤维对抑制裂缝的开展、增强混凝土抗裂性能有良好的作用。
（5）选用最佳掺量的微膨胀剂对水工混凝土收缩进行补偿。如掺用氧化镁、UEA膨胀剂配制高性能补偿收缩混凝土，可以减少混凝土结构的收缩，有效阻止裂缝的产生，对抗渗等级要求较高的部位，这往往是必然的选择。
3.2 设计方面
（1）设计中应尽量避免结构断面突变或尖角孔洞等引起的应力集中。如因结构工作特性或结构布置方面不得以时，应充分考虑采用加强措施。例如，重力坝内廊道如果因廊道周边应力集中或温度应力可能产生贯穿到上游坝面或影响大坝整体性的裂缝，那么可通过配置一定的钢筋以期限制裂缝的进一步扩展。
（2）设计中应充分考虑不均匀沉陷、混凝土收缩等原因。例如，水电站机组段、安装间及副厂房因荷载差异较大可能产生不均匀沉降而导致裂缝，设计中应视地基情况设置沉降缝，厂房排架可考虑设置伸缩缝。
（3）要纠正设计中的矛盾思想。如既在分块缝面设置止水，允许其伸缩，却又埋设了大量骑缝钢筋，制止缝面张开，结果使混凝土毫无规律地拉裂，这种例子在葛洲坝工程机组蜗壳顶板普遍存在。
（4）设计中应根据水工建筑物的抗裂要求选用适宜的结构型式。例如，水闸胸墙抗裂要求高，在结构选型时可优先考虑选用简支式胸墙，这样的结构型式胸墙迎水面不易产生裂缝。
（5）积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的水工混凝土裂缝中，有很大部分是由于混凝土收缩造成的。要解决因收缩而产生的裂缝，可在水工混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。在有充分论据的前提下，也可使用微膨胀水泥对混凝土降温过程的收缩进行补偿。
3.3 施工方面
（1）运输工作：所用的运输设备，应使水工混凝土在运输过程中不致发生分离、漏浆、严重泌水及过多温度回升和降低坍落度等现象。混凝土运输工具及浇筑地点，必要时应有遮盖或保温设施，以避免因日晒、雨淋、受冻而影响混凝土的质量。
（2）浇筑工作：浇筑层的厚度应根据拌和能力、运输距离、浇筑速度、气温及振捣器型号而定。振捣时要快插慢拔，要避免过振或漏振。每一位置的振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡，并开始泛浆时为准。
（3）温度控制工作：施工中严格地进行温度控制是防止大体积水工混凝土裂缝的主要措施。温控的主要任务是：①降低混凝土内部最高温升，减小内外温差，使内外温差控制在规范规定的25℃ 之内；② 提高混凝土表面温度，降低混凝土内部温差③延缓混凝土的降温速率，充分发挥混凝土徐变特性。
（4）养护工作：在水工混凝土裂缝的防治工作中，对新浇筑混凝土的早期养护尤为重要。低温季节施工，要注意抵御寒潮袭击，表面覆盖塑料薄膜与麻袋作为保温材料，其中塑料薄膜除了保温作用外，对混凝土还具有明显的保湿效果，只要覆盖时幅间搭接严密，薄膜与混凝土表面可以长时间的保持湿润状态，这对混凝土的养护极为有利。
4 裂缝处理措施
4.1 表面修补法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
4.2 灌浆、嵌缝封堵法
灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙燃酸酯、聚氨酯等化学材料。
嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
4.3 结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下方法：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
4.4 混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或 }生聚合物混凝土或砂浆。
4.5 电化学防护法
电化学防腐是利用旋加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的3种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。
5 结束语
裂缝是水工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工建筑物的抗渗能力，而且影响水工建筑物的承载能力，加速混凝土的碳化、降低材料的耐久性，因此及时发现混凝土裂缝，并采用合理的方法进行修补处理，确保水工建筑物的安全、稳定地运行。随着材料科学及水电科学技术的不断发展进步，水工混凝土裂缝的修补处理会得到更好的解决。
关键词： 水工混凝土 裂缝 抗压强度 控制措施
1前言
水工混凝土一般都是清水混凝土，混凝土出现裂缝后，不仅影响结构外观正常使用性能，而且还影响混凝土抵抗外界侵蚀介质的能力，从而影响水工混凝土结构的耐久性。虽然大多数裂缝早期危害程度较小，随着时间的推移，一些表层裂缝会逐渐发展成深层或贯穿性裂缝。水工建筑物一旦带缝工作，将会使混凝土内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低水工混凝土的承载能力及建筑物的安全稳定性。如不及时对裂缝进行修补处理，将会造成工程失事，严重者将会威胁到人民生命财产的安全。
2 水工混凝土裂缝成因分析
只有找到产生裂缝的真正原因才可能找到控制和处理裂缝的可靠方法。如果忽视裂缝成因分析，盲目行事，往往会导致控制或修补措施不当，造成人力、物力、财力的大量浪费，甚至发生严重的工程事故或人身伤亡事故。在实际工程中，我们一般根据裂缝基本调查结果去推断开裂原因，然后根据开裂原因确认其所属类别。弄清裂缝类别后才能正确选用相应的技术处理措施。所以，我们应科学分析开裂原因，正确判断裂缝类别，为进一步采取控制措施提供依据。
2.1 材料原因
（1）水泥品种选择不当，如矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大；一般情况下，C A含量大、细度更大的水泥干缩大。水泥的非正常凝结、水泥的水化热过高、水泥的非正常膨胀及水泥含碱量高等原因也会诱导水工混凝土开裂。
（2）使用了泥土含量较高、质量低劣或碱活性骨料而导致混凝土裂缝。
（3）骨料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。
（4）骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。
（5）使用的拌和水含有氯化物。
（6）外加剂、掺合料选择不当或掺量不当，严重增加混凝土收缩造成裂缝。
（7）水泥等级越高、细度越细、强度越高对混凝土开裂影响很大。
2.2 设计原因
（1）设计结构的断面突变或尖角孔洞等产生的应力集中引起局部裂缝。
（2）结构设计中构造钢筋过少或断面及钢筋用量不足、受力钢筋直径过粗引起裂缝。
（3）设计中没有考虑到不均匀沉陷、混凝土收缩变形等原因而引起结构裂缝。
（4）设计中采用的水工混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利 。
（5）配合比设计中水灰比过大，容易产生收缩裂缝。
（6）配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离析、泌水、保水性不良，增加混凝土收缩。
（7）单方混凝土水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。
2.3 施工原因
（1）水工混凝土掺合料拌和不匀或拌和时间过长导致裂缝。
（2）运输时漏浆改变了浆骨比、运距较远而受烈日照射或雨淋改变了水灰比。
（3）浇筑顺序不合适，浇筑速度不当，振捣不当（漏振、过振或振捣棒抽拔过快）；或分缝分块不恰当，难以承受外界条件和荷载的影响等。
（4）硬化前受到振动或加荷，初期养护时急骤干燥，初期冻害等造成裂缝。
（5）温度控制设计不合理，浇筑温度过高，通水冷却不及时，对水化热计算不准，新浇混凝土气温骤降又无保温措施或保温效果太差，引起水工混凝土内部温度过高或内外温差过大，从而产生温度裂缝。
（6）钢筋被扰动或保护层厚度不足。
（7）模板漏浆或底部渗水、模板变形、模板支撑下沉及过早拆模。
（8）现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。
（9）对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。
2.4 使用与环境原因
（1）水工混凝土建筑物基础不均匀沉降产生沉降裂缝。
（2）承受超负荷的意外荷载而引起裂缝。
（3）酸碱盐类对水工混凝土的侵蚀引起裂缝。
（4）混凝土碳化或氯化物的侵入引起内部钢筋锈蚀，引起体积膨胀，膨胀量在2～4倍左右，此时混凝土中产生很大的膨胀应力而把混凝土保护层胀裂，形成沿钢筋的“顺筋裂缝”。
（5）环境温湿度的剧烈变化、反复冻融作用引起裂缝。
（6）火灾、地震等意外事件产生裂缝。
3 水工混凝土裂缝的控制
3.1 材料方面
（1）根据水工混凝土建筑物的要求选择合适的水泥品种及等级；选用质地优良、级配良好的砂石骨料，在条件允许时，粗骨料尽量选用粒径较大、热膨胀系数小的骨料，以降低温度应力；细骨料以中、粗砂为宜；优先选用优质外掺料；结合水工混凝土建筑物的工作特性及环境，优化配合比等。通过这些途径可以有效地改善混凝土的热学性能和力学性能，提高混凝土的密实性，这是控制混凝土裂缝的基础。
（2）混凝土的抗拉强度、极限拉伸值均随着水灰比的减小而提高，混凝土的收缩则随着水灰比的减小而减小，所以，在满足混凝土施工和易性的前提下，减小水灰比对大体积水工混凝土抗裂是有利的。
（3）积极采用水工混凝土掺合料和引气剂。使用掺合料和外加剂可以减小水灰比、减少水泥用量、降低混凝土绝热温升、降低水化热放热速率、延缓温度峰值出现的时间、改善水工混凝土的工作特性，因而可以极大降低产生裂缝的机会。我们应根据水工建筑物的工作性态及部位的不同选用适宜的掺合料和引气剂。 （4）水工混凝土建筑物抗裂要求高的部位可考虑采用混凝土抗裂合成纤维。例如，采用凯泰改性聚丙烯纤维对抑制裂缝的开展、增强混凝土抗裂性能有良好的作用。
（5）选用最佳掺量的微膨胀剂对水工混凝土收缩进行补偿。如掺用氧化镁、UEA膨胀剂配制高性能补偿收缩混凝土，可以减少混凝土结构的收缩，有效阻止裂缝的产生，对抗渗等级要求较高的部位，这往往是必然的选择。
3.2 设计方面
（1）设计中应尽量避免结构断面突变或尖角孔洞等引起的应力集中。如因结构工作特性或结构布置方面不得以时，应充分考虑采用加强措施。例如，重力坝内廊道如果因廊道周边应力集中或温度应力可能产生贯穿到上游坝面或影响大坝整体性的裂缝，那么可通过配置一定的钢筋以期限制裂缝的进一步扩展。
（2）设计中应充分考虑不均匀沉陷、混凝土收缩等原因。例如，水电站机组段、安装间及副厂房因荷载差异较大可能产生不均匀沉降而导致裂缝，设计中应视地基情况设置沉降缝，厂房排架可考虑设置伸缩缝。
（3）要纠正设计中的矛盾思想。如既在分块缝面设置止水，允许其伸缩，却又埋设了大量骑缝钢筋，制止缝面张开，结果使混凝土毫无规律地拉裂，这种例子在葛洲坝工程机组蜗壳顶板普遍存在。
（4）设计中应根据水工建筑物的抗裂要求选用适宜的结构型式。例如，水闸胸墙抗裂要求高，在结构选型时可优先考虑选用简支式胸墙，这样的结构型式胸墙迎水面不易产生裂缝。
（5）积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的水工混凝土裂缝中，有很大部分是由于混凝土收缩造成的。要解决因收缩而产生的裂缝，可在水工混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。在有充分论据的前提下，也可使用微膨胀水泥对混凝土降温过程的收缩进行补偿。
3.3 施工方面
（1）运输工作：所用的运输设备，应使水工混凝土在运输过程中不致发生分离、漏浆、严重泌水及过多温度回升和降低坍落度等现象。混凝土运输工具及浇筑地点，必要时应有遮盖或保温设施，以避免因日晒、雨淋、受冻而影响混凝土的质量。
（2）浇筑工作：浇筑层的厚度应根据拌和能力、运输距离、浇筑速度、气温及振捣器型号而定。振捣时要快插慢拔，要避免过振或漏振。每一位置的振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡，并开始泛浆时为准。
（3）温度控制工作：施工中严格地进行温度控制是防止大体积水工混凝土裂缝的主要措施。温控的主要任务是：①降低混凝土内部最高温升，减小内外温差，使内外温差控制在规范规定的25℃ 之内；② 提高混凝土表面温度，降低混凝土内部温差③延缓混凝土的降温速率，充分发挥混凝土徐变特性。
（4）养护工作：在水工混凝土裂缝的防治工作中，对新浇筑混凝土的早期养护尤为重要。低温季节施工，要注意抵御寒潮袭击，表面覆盖塑料薄膜与麻袋作为保温材料，其中塑料薄膜除了保温作用外，对混凝土还具有明显的保湿效果，只要覆盖时幅间搭接严密，薄膜与混凝土表面可以长时间的保持湿润状态，这对混凝土的养护极为有利。
4 裂缝处理措施
4.1 表面修补法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
4.2 灌浆、嵌缝封堵法
灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙燃酸酯、聚氨酯等化学材料。
嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
4.3 结构加固法
当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下方法：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
4.4 混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或 }生聚合物混凝土或砂浆。
4.5 电化学防护法
电化学防腐是利用旋加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法是化学防护法中常用而有效的3种方法。这种方法的优点是防护方法受环境因素的影响较小，适用钢筋、混凝土的长期防腐，既可用于已裂结构也可用于新建结构。
5 结束语
裂缝是水工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工建筑物的抗渗能力，而且影响水工建筑物的承载能力，加速混凝土的碳化、降低材料的耐久性，因此及时发现混凝土裂缝，并采用合理的方法进行修补处理，确保水工建筑物的安全、稳定地运行。随着材料科学及水电科学技术的不断发展进步，水工混凝土裂缝的修补处理会得到更好的解决。