淺談大壩混凝土的裂縫產生原因分析與應對措施

　　摘 要：結合工程實踐經驗，對大壩混凝土的裂縫產生的可 能原因進行綜合分析，提出預防和處理措施，類似工程可作借鑒參考。

　　關鍵詞：溫度;大壩混凝土;裂縫;收縮 ;安定性;裂縫控制

　　一、前言

　　大壩混凝土體積大，多是采用鋼筋混凝土結構，而鋼筋混凝土結構從理論分析和工程實踐表明大都是帶裂縫工作的，不過有些裂縫非常細小(縫寬小于0.05mm)，對結構物的危害不大，不需處理。但有些裂縫寬度超出了一定范圍，在有外部荷載或物理及化學作用下，不斷發展變化，致使混凝土碳化、保護層脫落及鋼筋銹蝕，鋼筋混凝土的力學性能遭到破壞，發現不及時就會發生重大事故。對于此種裂縫就必須進行預防控制和處理。本文正是針對此種裂縫進行探討的。

　　二、大壩混凝土裂縫產生的可能原因

　　大壩混凝土裂縫就其產生的原因及其影響因素，大體可分以下幾種：

　　1、收縮裂縫：

　　混凝土的收縮引起收縮裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收縮就越大。選用水泥品種的不同，干縮、收縮的量也不同。收縮量較小的水泥為中低熱水泥和粉煤灰水泥。混凝土的逐漸散熱和硬化過程引起的收縮，會產生很大的收縮應力，如果產生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產生收縮裂縫。大壩混凝土的收縮現象中比較常見的有干燥收縮、溫度收縮、自身(水化反應)收縮和塑性收縮。

　　2、溫差裂縫

　　混凝土內部和外部的溫差過大會產生裂縫。溫差裂縫的主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大。大壩混凝土因其體積大更易發生此類裂縫。

　　大壩混凝土像進水口、擋墻、尾水墩等結構一般要求一次性整體澆筑，澆筑后，水泥因水化引起水化熱，由于混凝土體積大，聚集在內部的水泥水化熱不容易散發，混凝土內部溫度將顯著升高，而混凝土表面土則散熱較快，形成了較大的溫度差，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，此時，混凝齡期短，抗拉強度很低。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度，則會在混凝土的表面產生裂縫。

　　大體積混凝土施工，由于混凝土內部與表面散熱速率不一樣，在其表面形成較大的溫度梯度，從而引起較大的表面拉應力。當溫差產生的表面拉應力超過此時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土表面產生表面裂縫。此種裂縫一般產生在混凝土澆筑后的第3天(升溫階段)。混凝土降溫階段，由于逐漸降溫而產生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內部拌合水的水化和蒸發以及膠質體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結構本身的約束，也會產生很大的拉應力，直至出現收縮裂縫。

　　3、原材料質量不合格引起的裂縫

　　(1)水泥。水泥如果安定性不合格會引起裂縫，此類裂縫表現為龜裂。

　　(2)砂石骨料。①砂石含泥量超標，會在混凝土干燥時產生不規則的網狀裂縫。②砂石級配差，砂礫過細拌制的混凝土容易形成側面裂縫。③堿骨料反應。骨料中含有酸性硅化物質與水泥中的堿性物質相遇，發生水硅反應生成膨脹的膠質，吸水后局部膨脹產生拉應力，混凝土就會出現爆裂狀裂縫。

　　(3)拌和水及外加劑。拌和水或外加劑中氯化物等雜質含量過高時引起鋼筋銹蝕而造成混凝土裂縫。

　　4、施工過程引起的裂縫

　　如果在大壩混凝土施工中，施工工藝不合理，施工質量控制不到位也會造成混凝土裂縫。常見的有以下這些：

　　(1)混凝土振搗不密實、不均勻，出現蜂窩、麻面或空洞導致鋼筋銹蝕或形成結構應力集中點;

　　(2)澆筑速度過快，振搗不足;

　　(3)混凝土攪拌、運輸過程造成坍塌度損失過多;

　　(4)混凝土坍塌度過大，表面出現浮漿產生龜裂;

　　(4)澆筑下料過高造成骨料離析;

　　(5)倉號分層或分段澆筑時，接面部位處理不好，造成冷倉;

　　(6)混凝土初期養護不及時到位，造成表面急劇干燥，

　　(7)拆摸過早。

　　三、大壩混凝土的裂縫預防控制措施

　　在知道混凝土裂縫的成因之后，可以針對性地采取一些措施防止裂縫產生。

　　1、 技術措施

　　(1)精心設計配合比。

　　進行混凝土配合比設計時，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水灰比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設計準則，生產出“高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。

　　(2)優選原材料

　　在選擇大壩混凝土用水泥時，在條件許可的情況下，應優先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因為這種水泥在水化膨脹期(1～5 d)可產生一定的預壓應力，而在水化后期預壓應力可部分抵消溫度徐變應力，減少混凝土內的拉應力，提高混凝土的抗裂能力。

　　骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%，因此，在選擇骨料時，應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。

　　砂除滿足骨料規范要求外，應適當放寬石粉或細粉含量，這樣不僅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密實性、耐久性和抗裂性。有研究表明，砂子中石粉比例一般在15%～18%之間為宜。

　　粉煤灰只要細度與水泥顆粒相當，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，均可摻用在混凝土中使用。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗滲性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿骨料反應，減少新拌混凝土的泌水等。這些諸多好處均將有利于提高混凝土的抗裂性能。

　　高效減水劑和引氣劑復合使用對減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力學、熱學、變形、耐久性等性能起著極為重要的作用，也是混凝土向高性能化發展的不可或缺的重要組分。

　　2、施工措施

　　(1)降低混凝土澆筑溫度

　　混凝土原材料的預冷卻，不僅可以降低混凝土的澆筑溫度，而且可以消減混凝土內部水化熱峰值，減少混凝土內外溫差，從而減少溫度應力。美國混凝土學會207委員會的建議，避免在大體積混凝土中熱開裂的最大因素就是控制澆筑溫度。蘇丹麥洛維大壩混凝土骨料采用二次風冷技術，入倉溫度可降到20度左右。而蘇丹羅賽雷斯大壩混凝土骨料雖然采用的是一次風冷技術，但因其倉號混凝土體積相對較小，骨料提前進行風冷也能控制到這個溫度。因而這兩個工程的混凝土雖然是在高溫天氣下澆筑，但混凝土溫度裂縫卻不多見。

　　澆筑時間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工泵送混凝土時，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水。

　　(2)大體積混凝土澆筑時“臺階法”施工

　　通過合理設計入倉臺階，保證大面積澆筑不會出現冷倉，同時又可以釋放混凝土的溫度收縮應力，減少早期開裂的危險。

　　(3)采用兩次振搗技術

　　在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當的時間和位置給予再次振搗，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部造成的水分和孔隙，增加混凝土的密實度，減少內部微裂縫，提高混凝土強度和抗裂性。振搗時間長短要根據混凝土的流動性而定。

　　(4)控制拆模時間

　　混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上。

　　四、大壩混凝土裂縫的處理措施

　　當混凝土結構物已經出現裂縫之后，就應當及時采取進行處理。首先應觀察其發展趨向(寬度、深度、長度及數量)認真做好原始記錄，并對結構物進行全面的檢查，收集相關施工資料進行分析。

　　1、 環氧砂漿修補

　　采用環氧砂漿修補裂縫具有粘結力強、強度高、固化養護時間短等優點，但成本較高。

　　用環氧修補時，應先對裂縫進行處理。一般采用鑿嵌槽(沿裂縫開展方向)與鑿毛工藝結合進行。嵌槽形狀多為V形，其寬度、深度視裂縫大小而定。嵌槽做好后，清潔嵌槽。處理好后均勻涂抹一次環氧基液，厚度控制在1mm之內。接著在回填環氧砂漿，回填時要充分搗實、抹平，最后再涂抹一層環氧基液。

　　完成修補后，進行養護固化。

　　2.灌漿封堵

　　灌漿主要適用于對結構整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補。它是利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。

　　3.混凝土置換法

　　混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種辦法。此方法是將損壞的混凝土剔除，然后再置換新的混凝土或其他材料。

　　五、結束語

　　裂縫是大壩混凝土中普遍存在的問題，不僅影響結構功能，承載能力，而且還可能造成質量事故。因此，不僅要在施工中采取有效的措施預防控制裂縫的產生，而且要對已經出現的裂縫認真分析，采取合理的修補措施進行處理。

　　參考文獻：

　　【1】工程結構裂縫控制 中國建筑工業出版社 北京 1997

　　【2】建筑材料 同濟大學出版社上海 2005

　　【3】混凝土結構工程中常見變形裂縫的防治 山西建筑 2007