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[摘 要]水利工程中最常见的是水工混凝土，混凝土是脆性材料，抗拉强度小，混凝土又是热的不良导体，若温度控制不好，就可能发生混凝土温度裂缝现象。降低建筑物的安全程度和使用寿命，影响工程的投资效益。因此，在混凝土浇筑中，温度裂缝的形成与防治成为普遍重视的问题。
[关键词]水工混凝土 温度裂缝 成因 控制措施
中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0210-01
前言
近代科学研究和大量实践证明，水工混凝土结构中裂缝问题是难以完全避免的，但在一定的范围内是可以接受的。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。
一、水工混凝土产生温度裂缝的成因分析
1、水泥水化热的影响
水泥在水化过程中要释放出大量的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，混凝土导热性能较差，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，易产生混凝土内外温差。浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都较低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也小，不会产生温度裂缝。随着混凝土期龄的增长，其弹性模量和强度不断相应不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也越来越强，即产生很大的温度应力，当该温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。
2、外界气温湿度变化的影响
水工混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响.混凝土内部的温度的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。混凝土的浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；水工大体积混凝土结构不易散热，其内部温度有时可高达90℃以上，而且持续时间较长，如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度，如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
3、混凝土收缩变形的影响
混凝土拌合用水80%要蒸发，只有20%的水分是水泥水化所必需的，在混凝土硬化过程中其体积会发生变化，这是因为混凝土内部多余的水分被蒸发，造成混凝土收缩.混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂，引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、于燥收缩和温度收缩等三种.在硬化初期主要是水泥石在水化凝固过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
二、温度的控制和防止裂缝的措施
1、控制温度措施
为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下：
（1）采用改善骨料级配，用干硬性水工混凝土，掺混合料，采用外加剂等措施以减少水工混凝土中的水泥用量。
（2）拌合水工混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低水工混凝土的浇筑温度。
（3）热天浇筑水工混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。
（4）在水工混凝土中埋设水管，通入冷水降温。
（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免水工混凝土表面发生急剧的温度梯度。
（6）施工中长期暴露的水工混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。改善约束条件的措施是：
a合理地分缝分块；如塔里木河流域近期综合治理项目中对混凝土渠道衬砌过程中吸取东岸输水总干渠板块尺寸大引起裂缝的问题，在设计过程中将板块尺寸确定为3 m×4 m左右。在泽普县波斯喀木干渠施工过程中就采用3 ×2 m，施工完成后没有发现裂缝。
b避免基础过大起伏；
c合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；如在喀群引水枢纽水毁工程修复工作过程中，将底部挡土墙基础在达到初凝后及时进行回填，使挡土墙内外温度差别不大，工程竣工已经3年，没有发现较大的温度裂缝。
d如果是大体积水工混凝土，如挡土墙，大型水闸闸基础和闸墩等，可以适当加一些毛石，以便降低水化热。
在水工混凝土的施工中，为了增加经济效益，缩短施工期，提高模板的周转率，往往要求新浇筑的水工混凝土尽早拆模。当水工混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起水工混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在水工混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加拉应力，与水化热应力迭加，再加上水工混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖保温材料，对于防止水工混凝土表面产生过大的拉应力，效果将会显著提高。
加筋对大体积水工混凝土的温度应力影响很小，因为大体积水工混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与水工混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。在水工混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高水工混凝土抗裂性的效果较好。
2、混凝土外加剂的作用
为保证水工混凝土工程质量，防止开裂，提高水工混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。其主要作用为：
（1）水工混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使水工混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使水工混凝土强度降低。这个表面张力理论早在60年代就已被国际上所确认。
（2）水灰比是影响水工混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使水工混凝土用水量减少25%。
（3）水泥用量也是水工混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的水工混凝土在保持水工混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。
（4）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少水工混凝土泌水，减少沉缩变形。
（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高水工混凝土抗裂性能。
（6）水工混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于水工混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的水工混凝土抗拉强度，大幅提高水工混凝土的抗裂性能。
（7）掺加外加剂可使水工混凝土密实性好，可有效地提高水工混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。
（8）掺减水防裂剂后水工混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。
结束语
总之，虽然水工大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明，只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构裂缝的产生。
参考文献
[1] 黄荫光，劳其烙. 水工混凝土的常见病害及预防对策[J]. 广东科技. 2007（09）
[2] 赵艳平. 浅谈对水工混凝土部分施工问题的分析与解决措施[J]. 黑龙江科技信息. 2009（34）
[3] 王学连. 水工混凝土裂缝的成因危害及处理[J]. 河南科技. 2010（24）
[4] 崔军伟. 水工混凝土裂缝的成因与处理措施[J]. 河南科技. 2011（09）
[关键词]水工混凝土 温度裂缝 成因 控制措施
中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0210-01
前言
近代科学研究和大量实践证明，水工混凝土结构中裂缝问题是难以完全避免的，但在一定的范围内是可以接受的。钢筋混凝土规范也明确规定：有些结构在所处的不同条件下，允许存在一定宽度的裂缝。但在施工中应尽量采取有效措施控制裂缝产生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。
一、水工混凝土产生温度裂缝的成因分析
1、水泥水化热的影响
水泥在水化过程中要释放出大量的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，混凝土导热性能较差，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失，易产生混凝土内外温差。浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都较低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也小，不会产生温度裂缝。随着混凝土期龄的增长，其弹性模量和强度不断相应不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也越来越强，即产生很大的温度应力，当该温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。
2、外界气温湿度变化的影响
水工混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响.混凝土内部的温度的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。混凝土的浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；水工大体积混凝土结构不易散热，其内部温度有时可高达90℃以上，而且持续时间较长，如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度，如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
3、混凝土收缩变形的影响
混凝土拌合用水80%要蒸发，只有20%的水分是水泥水化所必需的，在混凝土硬化过程中其体积会发生变化，这是因为混凝土内部多余的水分被蒸发，造成混凝土收缩.混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂，引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、于燥收缩和温度收缩等三种.在硬化初期主要是水泥石在水化凝固过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
二、温度的控制和防止裂缝的措施
1、控制温度措施
为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度的措施如下：
（1）采用改善骨料级配，用干硬性水工混凝土，掺混合料，采用外加剂等措施以减少水工混凝土中的水泥用量。
（2）拌合水工混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低水工混凝土的浇筑温度。
（3）热天浇筑水工混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热。
（4）在水工混凝土中埋设水管，通入冷水降温。
（5）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免水工混凝土表面发生急剧的温度梯度。
（6）施工中长期暴露的水工混凝土浇筑块表面或薄壁结构，在寒冷季节采取保温措施。改善约束条件的措施是：
a合理地分缝分块；如塔里木河流域近期综合治理项目中对混凝土渠道衬砌过程中吸取东岸输水总干渠板块尺寸大引起裂缝的问题，在设计过程中将板块尺寸确定为3 m×4 m左右。在泽普县波斯喀木干渠施工过程中就采用3 ×2 m，施工完成后没有发现裂缝。
b避免基础过大起伏；
c合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；如在喀群引水枢纽水毁工程修复工作过程中，将底部挡土墙基础在达到初凝后及时进行回填，使挡土墙内外温度差别不大，工程竣工已经3年，没有发现较大的温度裂缝。
d如果是大体积水工混凝土，如挡土墙，大型水闸闸基础和闸墩等，可以适当加一些毛石，以便降低水化热。
在水工混凝土的施工中，为了增加经济效益，缩短施工期，提高模板的周转率，往往要求新浇筑的水工混凝土尽早拆模。当水工混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起水工混凝土表面的早期裂缝。新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。在水工混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起相当大的拉应力，此时表面温度亦较气温为高，此时拆除模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，从而在表面附加拉应力，与水化热应力迭加，再加上水工混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致裂缝的危险，但如果在拆除模板后及时在表面覆盖保温材料，对于防止水工混凝土表面产生过大的拉应力，效果将会显著提高。
加筋对大体积水工混凝土的温度应力影响很小，因为大体积水工混凝土的含筋率极低。只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与水工混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。在水工混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。但加筋后结构内的裂缝一般就变得数目多、间距小、宽度与深度较小了。而且如果钢筋的直径细而间距密时，对提高水工混凝土抗裂性的效果较好。
2、混凝土外加剂的作用
为保证水工混凝土工程质量，防止开裂，提高水工混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。其主要作用为：
（1）水工混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使水工混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使水工混凝土强度降低。这个表面张力理论早在60年代就已被国际上所确认。
（2）水灰比是影响水工混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使水工混凝土用水量减少25%。
（3）水泥用量也是水工混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的水工混凝土在保持水工混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。
（4）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少水工混凝土泌水，减少沉缩变形。
（5）提高水泥浆与骨料的粘结力，提高水工混凝土抗裂性能。
（6）水工混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于水工混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的水工混凝土抗拉强度，大幅提高水工混凝土的抗裂性能。
（7）掺加外加剂可使水工混凝土密实性好，可有效地提高水工混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。
（8）掺减水防裂剂后水工混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。
结束语
总之，虽然水工大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明，只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构裂缝的产生。
参考文献
[1] 黄荫光，劳其烙. 水工混凝土的常见病害及预防对策[J]. 广东科技. 2007（09）
[2] 赵艳平. 浅谈对水工混凝土部分施工问题的分析与解决措施[J]. 黑龙江科技信息. 2009（34）
[3] 王学连. 水工混凝土裂缝的成因危害及处理[J]. 河南科技. 2010（24）
[4] 崔军伟. 水工混凝土裂缝的成因与处理措施[J]. 河南科技. 2011（09）