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摘 要：水利工程中混凝土结构尺寸一般较大，在加上一些特殊的环境，常产生裂缝；在水利建设工程众多技术问题中，混凝土裂缝问题是施工过程中的通病和难题。本文从水利工程中混凝土裂缝产生的原因进行分析,并提出应对裂缝的预防措施。
关键词：混泥土裂缝；水泥水化热；弹性模量
混凝土，简写为“砼”，是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得。由于砼施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，微裂缝通常是一种无害裂缝，对砼结构的承重、防渗及其他功能不产生危害。但是受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，这些裂缝已成为水利工程中常见的工程病害，轻者使砼内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋砼结构的承载力、耐久性、使用价值等。严重的将直接威胁到人民的生命、财产安全。
近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内，对水工建筑物安全是不会产生不良影响的。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。迄今为止，在设计时几乎所有的混凝土都允许一定范围内开裂，从结构设计的安全性方面讲，这是没有问题的。但问题的关键在于一旦出现裂缝，在各种外力的作用下，尤其是水下结构，在高水头水压力以及侵蚀性媒介对裂缝的破坏性作用，可能会造成结构设计允许开裂的裂缝进一步扩张和蔓延。水下结构设计时除考虑结构外，还应该充分考慮环境因素的长期持久作用。
一、 水利工程中混凝土裂缝产生的原因
.1 水化热大。体积变化大
由于混凝土体积大，水泥水化产生的热量不易散发，引起体积变化大。由于体积变化，受到约束，因此产生内应力，约束有两种：
(1)外部约束。混凝土浇筑在岩石上或老混凝土上，其体积变化受外部岩石或老混凝土约束，初期因水泥急剧水化升温，体积膨胀，处于受压状态，但混凝土弹性模量低，产生压应力很小后期水泥水化热减小，散热量大干水化热量，温度降低，体积收缩，受岩石或老混凝土约束，由受压状态变为受拉状态，产生拉应力，而导致裂缝。
(2)内部约束。由于内部水泥水化热不易散发，而表面的容易散发，使表面温度低于内部。相对来讲，内部体积膨胀受表面约束处于受压状态，表面则体积收缩受内部约束，产生拉应力，从而导致裂缝产生。
2 混凝土抗拉能力低
混凝土是脆性材料，抗压能力高，抗拉能力低。抗拉强度约为抗压强度的 0.1 倍；极限拉伸也很小，通常不足 1X10。因此，水利工程中混凝土温度变形受约束时产生的拉应力很容
二、水利工程中混凝土裂缝的预防措施
1 减小温度变形
2.1.1 优化设计配合比。控制水泥水化热
(1)水泥的选择。由于矿物成分及掺加混合材料数量不同，水泥水化热差异较大。铝酸三钙、硅酸三钙含量高的，水化热也高；因此，为了降低水化热，减小体积变形，水利工程中混凝土一般不宣使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低
热矿渣水泥，如有条件，可适当掺加活性混合材料以降低水化热。
(2)尽量节约水泥用量。水泥水化产生的热量是水利工程中混凝土温度变化而导致体积变化的主要根源，比干湿、化学变化引起的体积变化要大得多，因此应尽量降低水泥用量。在满足工程需要的情况下，尽量降低设计强度，以减小水泥用量。利用水利工程工期较长，充
分利用混凝土后期增长的强度，采用较长的设计龄期。水利工程的施工时间较长，有的长达几年，因此可采用较长龄期，所以常规龄期28d 的设计强度就可降低，从而减少水泥用量。精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配，最大粒径越大，骨料的空隙率和比表面积越
小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。
(3)外加剂优选。混凝土外加剂已发展为混凝土不可缺少的一部分，夏季施工时，使用具有一定缓凝和能大幅度降低混凝土单位用水量的缓凝高效减水剂，能大量减少混凝土的总发热量，降低混凝土的水化温升。
2.1.2 拌和制冷，控制出机口温度
主要技术要求。拌和制冷的主要目的是控制混凝土出机口温度，出机口温度按施工季节、浇筑区域、结构部位等确定。主体建筑物基础约束区重要结构部位混凝土除冬季 12～2 月可采用自然入仓外，其它季节一般出机口温度不超过 7℃，脱离约束区的混凝土除 11～3
月采用自然入仓外，其它季节拌和楼出机口温度一般不超过 14℃。拌和制冷工艺。制冷工艺的好坏极大影响混凝土的预冷和温升的控制效果。
2.1.3 遮阳、覆盖与仓面喷雾调节环境温度，
控制温升因拌和楼与施工场地有一定距离，在运输过程中应控制温升，可在车箱顶部设置遮阳篷，供料线上覆盖遮阳板。为防止仓面混凝土温升过快，在浇筑过程中对入混凝土拌和物及浇筑层面进行覆盖保温，避免太阳直射。并喷雾降温，包括拌和楼前喷雾和仓面喷雾。
2.1.4 混凝土通水冷却
施工初期通水主要作用是削减混凝土初期温度高峰，削减水利工程中混凝土内部的最高温度，使其最高温度不超过允许的最高值；中期通风是降温过程，削减混凝土内外温差，在冬季特别重要：后期通风主要是稳定混凝土内部温度，为接缝灌浆创造条件。
2.1.5 混凝土袁面养护与保温
在混凝土浇筑完毕后，对表面应及时进行养护，在一定时问内保持适当的温度和湿度，造成混凝土良好的硬化条件，是保证混凝土强度增大、不发生干裂的必要措施。
21.6 科学组织施工
要达到良好的温控，还需科学地组织施工，要求做到以下几点：第一；浇筑顺序合理、浇筑时段应尽量避免高温；第二；加快入仓速度。
2.2 消除或降低约束
(1)内部约束无法消除或降低。
(2)水利工程中，外部约束主要取决于基岩的弹性模量，弹性模量越高，约束程度越大。而要降低基岩的弹性模量是难以做到的。若要降低下层混凝土的弹性模量，可在其未充分硬化时浇筑。采用线胀系数小的骨料，避免体积变化过大。
(3)防止冻害裂缝的产生。因为环境的因素，水利工程中混凝土特别要防止冻害裂缝，一种是混凝土在凝结后未达到要求强度时发生冻结，结冰的膨胀将引起混凝土破裂并造成不可恢复的强度损失，另一种是交替冻融对硬化混凝土的破坏。例如松山堆石坝面板产生裂缝的主要原因是坝体内存有积水，冬季导致冻胀，将面板鼓起造成破坏。所以要防止渗水，其中包括水库的渗水及两边山体的渗水。
2.3 提高抗拉能力
目前提高抗拉强度的方法是配筋、掺加纤维、用聚合物浸渍等，但是这些措施不是很经济，且有局限性，只能有选择地采用。
综上所述，要防止水利工程中混凝土的裂缝，主要应使用水化热低的水泥，降低水泥用量，采用合理的施工方法，做好冷却和表面隔热，防止渗水，具体施工时，结合工程的实际情况，采用相适应的措施。
三、 结束语
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。
关键词：混泥土裂缝；水泥水化热；弹性模量
混凝土，简写为“砼”，是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得。由于砼施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，微裂缝通常是一种无害裂缝，对砼结构的承重、防渗及其他功能不产生危害。但是受到荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断的扩展和连通，最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝，这些裂缝已成为水利工程中常见的工程病害，轻者使砼内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋砼结构的承载力、耐久性、使用价值等。严重的将直接威胁到人民的生命、财产安全。
近代科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中裂缝问题是不可避免的，在一定的范围内也是可以接受的，只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之内，对水工建筑物安全是不会产生不良影响的。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。迄今为止，在设计时几乎所有的混凝土都允许一定范围内开裂，从结构设计的安全性方面讲，这是没有问题的。但问题的关键在于一旦出现裂缝，在各种外力的作用下，尤其是水下结构，在高水头水压力以及侵蚀性媒介对裂缝的破坏性作用，可能会造成结构设计允许开裂的裂缝进一步扩张和蔓延。水下结构设计时除考虑结构外，还应该充分考慮环境因素的长期持久作用。
一、 水利工程中混凝土裂缝产生的原因
.1 水化热大。体积变化大
由于混凝土体积大，水泥水化产生的热量不易散发，引起体积变化大。由于体积变化，受到约束，因此产生内应力，约束有两种：
(1)外部约束。混凝土浇筑在岩石上或老混凝土上，其体积变化受外部岩石或老混凝土约束，初期因水泥急剧水化升温，体积膨胀，处于受压状态，但混凝土弹性模量低，产生压应力很小后期水泥水化热减小，散热量大干水化热量，温度降低，体积收缩，受岩石或老混凝土约束，由受压状态变为受拉状态，产生拉应力，而导致裂缝。
(2)内部约束。由于内部水泥水化热不易散发，而表面的容易散发，使表面温度低于内部。相对来讲，内部体积膨胀受表面约束处于受压状态，表面则体积收缩受内部约束，产生拉应力，从而导致裂缝产生。
2 混凝土抗拉能力低
混凝土是脆性材料，抗压能力高，抗拉能力低。抗拉强度约为抗压强度的 0.1 倍；极限拉伸也很小，通常不足 1X10。因此，水利工程中混凝土温度变形受约束时产生的拉应力很容
二、水利工程中混凝土裂缝的预防措施
1 减小温度变形
2.1.1 优化设计配合比。控制水泥水化热
(1)水泥的选择。由于矿物成分及掺加混合材料数量不同，水泥水化热差异较大。铝酸三钙、硅酸三钙含量高的，水化热也高；因此，为了降低水化热，减小体积变形，水利工程中混凝土一般不宣使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低
热矿渣水泥，如有条件，可适当掺加活性混合材料以降低水化热。
(2)尽量节约水泥用量。水泥水化产生的热量是水利工程中混凝土温度变化而导致体积变化的主要根源，比干湿、化学变化引起的体积变化要大得多，因此应尽量降低水泥用量。在满足工程需要的情况下，尽量降低设计强度，以减小水泥用量。利用水利工程工期较长，充
分利用混凝土后期增长的强度，采用较长的设计龄期。水利工程的施工时间较长，有的长达几年，因此可采用较长龄期，所以常规龄期28d 的设计强度就可降低，从而减少水泥用量。精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配，最大粒径越大，骨料的空隙率和比表面积越
小，混凝土的水泥浆及水泥用量就越小。
(3)外加剂优选。混凝土外加剂已发展为混凝土不可缺少的一部分，夏季施工时，使用具有一定缓凝和能大幅度降低混凝土单位用水量的缓凝高效减水剂，能大量减少混凝土的总发热量，降低混凝土的水化温升。
2.1.2 拌和制冷，控制出机口温度
主要技术要求。拌和制冷的主要目的是控制混凝土出机口温度，出机口温度按施工季节、浇筑区域、结构部位等确定。主体建筑物基础约束区重要结构部位混凝土除冬季 12～2 月可采用自然入仓外，其它季节一般出机口温度不超过 7℃，脱离约束区的混凝土除 11～3
月采用自然入仓外，其它季节拌和楼出机口温度一般不超过 14℃。拌和制冷工艺。制冷工艺的好坏极大影响混凝土的预冷和温升的控制效果。
2.1.3 遮阳、覆盖与仓面喷雾调节环境温度，
控制温升因拌和楼与施工场地有一定距离，在运输过程中应控制温升，可在车箱顶部设置遮阳篷，供料线上覆盖遮阳板。为防止仓面混凝土温升过快，在浇筑过程中对入混凝土拌和物及浇筑层面进行覆盖保温，避免太阳直射。并喷雾降温，包括拌和楼前喷雾和仓面喷雾。
2.1.4 混凝土通水冷却
施工初期通水主要作用是削减混凝土初期温度高峰，削减水利工程中混凝土内部的最高温度，使其最高温度不超过允许的最高值；中期通风是降温过程，削减混凝土内外温差，在冬季特别重要：后期通风主要是稳定混凝土内部温度，为接缝灌浆创造条件。
2.1.5 混凝土袁面养护与保温
在混凝土浇筑完毕后，对表面应及时进行养护，在一定时问内保持适当的温度和湿度，造成混凝土良好的硬化条件，是保证混凝土强度增大、不发生干裂的必要措施。
21.6 科学组织施工
要达到良好的温控，还需科学地组织施工，要求做到以下几点：第一；浇筑顺序合理、浇筑时段应尽量避免高温；第二；加快入仓速度。
2.2 消除或降低约束
(1)内部约束无法消除或降低。
(2)水利工程中，外部约束主要取决于基岩的弹性模量，弹性模量越高，约束程度越大。而要降低基岩的弹性模量是难以做到的。若要降低下层混凝土的弹性模量，可在其未充分硬化时浇筑。采用线胀系数小的骨料，避免体积变化过大。
(3)防止冻害裂缝的产生。因为环境的因素，水利工程中混凝土特别要防止冻害裂缝，一种是混凝土在凝结后未达到要求强度时发生冻结，结冰的膨胀将引起混凝土破裂并造成不可恢复的强度损失，另一种是交替冻融对硬化混凝土的破坏。例如松山堆石坝面板产生裂缝的主要原因是坝体内存有积水，冬季导致冻胀，将面板鼓起造成破坏。所以要防止渗水，其中包括水库的渗水及两边山体的渗水。
2.3 提高抗拉能力
目前提高抗拉强度的方法是配筋、掺加纤维、用聚合物浸渍等，但是这些措施不是很经济，且有局限性，只能有选择地采用。
综上所述，要防止水利工程中混凝土的裂缝，主要应使用水化热低的水泥，降低水泥用量，采用合理的施工方法，做好冷却和表面隔热，防止渗水，具体施工时，结合工程的实际情况，采用相适应的措施。
三、 结束语
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。