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【摘 要】在水利工程中，导致砼产生裂缝的原因很多。裂缝的出现直接影响着水利工程的适用性和耐久性，它将使砼的品质变坏，构建的强度降低,钢筋产生锈蚀，甚至可以导致构建或结构的破坏。本文主要论述砼在非荷载作用下出现裂缝的原因和防治措施。
【关键词】水利工程施工；砼；裂缝原因；防治措施
1.砼材料结构组织的缺陷
砼的结构组织是由水泥浆体、粗细骨料及孔隙等组成的多相材料，其内部结构单元聚集层次一般分为三个层次：
宏观级：在这一结构层次上，砼材料被视为连续的和均质的，它由性能相同的有限尺寸的体积单元所组成。
亚微观级：在这一结构层次上，砼材料被视为连续但不均匀的，它由性质不同的有限尺寸的单元所组成。
微观级：在这一结构层次上，砼材料被视为不连续、不均匀的，它由原子和分子的不连续质点所组成。
目前对砼破坏机制的研究重点放在亚微观级上，从亚微观级上看砼的结构组织是由粗细骨料、水泥水化产物、未水化的水泥颗粒、孔隙等组成的多相复合材料。作为多相复合材料，砼结构组织的性质将取决于以下一些因素并影响砼的力学性能：
（1）水泥浆的力学性质，水灰比及水化程度。
（2）骨料的力学性质、尺寸、分布及形状。
（3）骨料与硬化水泥浆之间的粘结性质及其它一些因素。
由于砼的结构组织的复杂性，使其在形成过程中产生了大量的缺陷和微裂缝，这些缺陷和微裂缝已由实验所证实。究其原始状态而言，即使是浇筑良好的砼，其本身就是一个“先天”地带有大量微裂缝的材料。微裂缝产生的原因主要有：
1.1干缩此类微裂缝又可分为
1.1.1砼的泌水作用
振捣不密实的砼，其内部水分的溢出会受到大骨料的阻滞，在骨料周围形成水囊，当砼干燥后，造成深部的微裂缝，其微裂缝存在于水泥浆和骨料的结合面上，即所谓的“结合缝”，结合缝同时可由水泥浆的收缩产生。
1.1.2水泥浆的收缩
水泥浆在硬化过程中，水分的蒸发使砼产生塑性收缩，由于砂浆的收缩受到粗骨料的限制，导致在结合面上产生微裂缝。同时，砼中的水分不断蒸发，孔隙水中的毛细管表面张力产生变化，将使毛细管收缩出现裂缝。
1.1.3水分的溢出
砼的干缩主要是由砼中水分的变化而引起的，当砼长期在水中硬化时，会产生微小的膨胀；当砼在空气中硬化时，砼中的水分会逐渐溢出蒸发，使水泥石中的凝胶体逐渐干燥而产生收缩，从而引起砼的干缩裂缝，砼用水量的大小是决定干缩大小的最主要的因素，砼的水灰比越大，干缩率越大，亦即在水灰比相同的条件下，水泥浆含量越多，砼的干缩率越大。另外，水泥的品种、细度、砼的收热过程以及掺和料对砼的收缩产生的裂缝均有影响。
1.2温度
普通砼的温度线膨胀系数a=l×l0-3。砼在凝结硬化过程中，内部会产生大量的热，使砼内部温度升高。对于500mm的墙体，在浇筑后的2~2.50d，砼内部温度达到最高峰以后开始逐渐降温延续十几天。在较短的升温阶级，砼弹性的模量低，温度应力很小；而在降温阶段，由于弹性模量迅速增大，砼因收缩而引起的拉应力随之增大，这样在冷却过程中因内外温度差而形成裂缝。同时外部温度过高，也会使水分蒸发过快而引起裂缝。对砼温度有重要影响的因素是砼中水泥用量、水泥品种和强度等级、构件厚度、模板材质、入模时的材料和大气温度等。
由上述分析可知，砼的微裂缝产生的原因很多，可以由一种原因引起，也可以由许多原因的相互作用引起，有的互相加剧，有的则可能相互抵消。应该指出：由于砼中骨料颗粒的形状、方位是随机的，各种因素的综合影响，使砼内部存在的微裂缝的形状、方位也是随机的，这些微裂缝分布的随机性，反映砼力学性能的强度、弹性模量和泊松比等材料指标，几乎无一例外地是一个统计值。微裂缝属于亚微观结构范围的缺陷，如果没有进一步引起宏观开裂，一般不影响砼的使用，同时对砼的其它性能的影响也是潜在的，因而讨论宏观裂缝，这类裂缝能为人们的视觉感受且会造成损坏或是艺术效果降低，因此常引起人们的重视。
2.砼产生宏观裂缝的因素
如前所述，砼凝结初期，由于水泥浆的收缩、泌水、骨料下沉、温度等原因使砼内部形成微裂缝，它是砼内部的薄弱环节，施工和使用条件使这些薄弱环节造成砼的宏观裂缝，其中主要有以下因素：
2.1收缩
砼的收缩可以造成砼的开裂，其影响因素很多，其中之一是干缩，这种收缩极易造成砼开裂。因为砼在于缩过程中，表面的砼较内部干得快，则表面的干缩大于内部的干缩，这种体积变化的不均匀使砼表面处于受拉状态。大家都知道，砼的抗拉强度很低，特别是硬化阶段，其抗拉强度更低。当该拉力大于砼的抗拉强度时砼就开裂，何况砼结构组织的缺陷、抵抗拉力的能力极低。
2.2温度
砼与其它材料一样，也具有热胀冷缩的性质。在砼初凝阶段，会产生水化热，使砼的温度升高，当温度降低时便会收缩，这种收缩达到一定程度或受到一定约束，如砼内部和表面温差较大，特别是气温骤降，砼内部产生膨胀，外部收缩，造成其内外变形的不一致，砼就会开裂。因此有些工程施工时为了避免出现此类情况，将大体积砼的浇筑改在夜间进行。特别是水利工程中的砼重力坝在浇筑时还采用循环水、冷冻砼骨料搅拌、分块浇筑等方法，来避免出现过大的砼内外温度差。
2.3约束
如上述，当砼的体积变化受到约束而超过一定程度是就会产生裂缝。例如砼块体的表面收缩受到内部或其它面（基础）的约束就会产生裂缝。当砼墙体或构件较长时而没有设置收缩缝，也会因砼收缩受到约束而导致开裂。
3.防止砼裂缝的措施
防止砼中出现裂缝要针对开裂的原因来采取措施，下面提出几点以供参考。
3.1设计上采取措施
在设计时应当考虑裂缝出现的可能性，注意砼在硬化过程中因温度湿度的变化而产生的收缩，尽量减少砼收缩时遇到的约束。例如在适应结构要求的情况下，以适当间距预留胀缩缝和施工缝。同时注意相邻构件因砼收缩互相引起约束作用。正确地选择结构和截面形状，在尺寸变换较大的洞口、转角等部位，要防止因收缩引起的应力集中。钢筋对砼的变形有抑制作用，主要是通过钢筋表面与砼之间的粘结力实现的，粘结力越大，抑制越强，应当考虑钢筋抗裂的重要作用。钢筋应采用直径小，间距较密的形式，不宜采用光圆钢筋。
3.2使用较小的水灰比
砼的水灰比越大，收缩率越大，开裂的可能性也越大。因为水灰比越大，水泥浆越稀，硬化成水泥石后所含凝胶体越多，警惕越少，而干燥收缩主要是凝胶体的干燥收缩引起的。因而可以相应地减少用水量来防止开裂现象，对大体积砼构件，如大坝则可采用水灰比很小的碾压砼。
3.3控制水泥用量
一般情况下，若水灰比不变，则水泥含量越高，砼的干缩率越大，因为砼的干缩率主要产生于水泥浆的干缩，水泥浆也少，砼中骨料对于缩的制约作用越显著。若同时减少用水量和水泥用量，对于改善干缩，提高砼的抗裂性会更为有效。
3.4加强养护
养护不良不但会造成砼的开裂，而且会使砼的品质下降。因此应及时对砼进行养护，并采用正确的养护方法，使水泥充分水化，水泥石中的晶体增多胶体减少，可使干缩减少。而且适当延长养护时间，使砼强度增加，也有助于减少裂缝的产生。
3.5注意温度的变化
夏季施工时，应尽量降低砂石料进入搅拌机的温度，必要时可采用遮阳和淋水等措施。冬季采用覆盖保护施工，应当在砼达到足够强度时再拆模和取走覆盖物。因为温度的急剧变化可能造成砼的开裂。
4.结束语
砼出现裂缝在工程中是个十分重要的问题，砼表面开裂，将使砼的抗冻、抗渗、抗侵蚀等性能严重降低，同时对砼的强度有一定的影响。所以对一些影响构件正常使用的裂缝应进行处理。
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发表于 2020-6-1 20:48:36
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发表于 2020-6-1 20:49:35
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