摘要：結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大壩混凝土的裂縫產(chǎn)生的可 能原因進(jìn)行綜合分析，提出預(yù)防和處理措施，類似工程可作借鑒參考。
關(guān)鍵詞：溫度；大壩混凝土；裂縫；收縮 ；安定性；裂縫控制
中圖分類號(hào)： TV698.2+31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）
一、前言
大壩混凝土體積大，多是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)從理論分析和工程實(shí)踐表明大都是帶裂縫工作的，不過(guò)有些裂縫非常細(xì)小（縫寬小于0.05mm），對(duì)結(jié)構(gòu)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(xué)作用下，不斷發(fā)展變化，致使混凝土碳化、保護(hù)層脫落及鋼筋銹蝕，鋼筋混凝土的力學(xué)性能遭到破壞，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)就會(huì)發(fā)生重大事故。對(duì)于此種裂縫就必須進(jìn)行預(yù)防控制和處理。本文正是針對(duì)此種裂縫進(jìn)行探討的。
二、大壩混凝土裂縫產(chǎn)生的可能原因
大壩混凝土裂縫就其產(chǎn)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�；炷恋闹饾u散熱和硬化過(guò)程引起的收縮，會(huì)產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。大壩混凝土的收縮現(xiàn)象中比較常見(jiàn)的有干燥收縮、溫度收縮、自身（水化反應(yīng)）收縮和塑性收縮。
2、溫差裂縫
混凝土內(nèi)部和外部的溫差過(guò)大會(huì)產(chǎn)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(nèi)部和混凝土表面的溫差過(guò)大。大壩混凝土因其體積大更易發(fā)生此類裂縫。
大壩混凝土像進(jìn)水口、擋墻、尾水墩等結(jié)構(gòu)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(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，混凝土內(nèi)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(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，此時(shí)，混凝齡期短，抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度，則會(huì)在混凝土的表面產(chǎn)生裂縫。
大體積混凝土施工，由于混凝土內(nèi)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(yīng)力。當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力超過(guò)此時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。此種裂縫一般產(chǎn)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(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過(guò)程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時(shí)收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，也會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，直至出現(xiàn)收縮裂縫。
3、原材料質(zhì)量不合格引起的裂縫
�。�1）水泥。水泥如果安定性不合格會(huì)引起裂縫，此類裂縫表現(xiàn)為龜裂。
�。�2）砂石骨料。①砂石含泥量超標(biāo)，會(huì)在混凝土干燥時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫。②砂石級(jí)配差，砂礫過(guò)細(xì)拌制的混凝土容易形成側(cè)面裂縫。③堿骨料反應(yīng)。骨料中含有酸性硅化物質(zhì)與水泥中的堿性物質(zhì)相遇，發(fā)生水硅反應(yīng)生成膨脹的膠質(zhì)，吸水后局部膨脹產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土就會(huì)出現(xiàn)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(zhì)含量過(guò)高時(shí)引起鋼筋銹蝕而造成混凝土裂縫。
4、施工過(guò)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(zhì)量控制不到位也會(huì)造成混凝土裂縫。常見(jiàn)的有以下這些：
�。�1）混凝土振搗不密實(shí)、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面或空洞導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中點(diǎn)；
�。�2）澆筑速度過(guò)快，振搗不足；
�。�3）混凝土攪拌、運(yùn)輸過(guò)程造成坍塌度損失過(guò)多；
�。�4）混凝土坍塌度過(guò)大，表面出現(xiàn)浮漿產(chǎn)生龜裂；
�。�4）澆筑下料過(guò)高造成骨料離析；
�。�5）倉(cāng)號(hào)分層或分段澆筑時(shí)，接面部位處理不好，造成冷倉(cāng)；
�。�6）混凝土初期養(yǎng)護(hù)不及時(shí)到位，造成表面急劇干燥，
�。�7）拆摸過(guò)早。
三、大壩混凝土的裂縫預(yù)防控制措施
在知道混凝土裂縫的成因之后，可以針對(duì)性地采取一些措施防止裂縫產(chǎn)生。
技術(shù)措施
精心設(shè)計(jì)配合比。
進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)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(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值”的抗裂混凝土。
�。�2）優(yōu)選原材料
在選擇大壩混凝土用水泥時(shí)，在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。因?yàn)檫@種水泥在水化膨脹期（1～5 d）可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力可部分抵消溫度徐變應(yīng)力，減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)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(duì)體積的80%～83%，因此，在選擇骨料時(shí)，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。
砂除滿足骨料規(guī)范要求外，應(yīng)適當(dāng)放寬石粉或細(xì)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(shí)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(xì)度與水泥顆粒相當(dāng)，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�；炷林袚接梅勖夯液螅商岣呋炷恋目�?jié)B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(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，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(fù)合使用對(duì)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(xué)、熱學(xué)、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(fā)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(yù)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(nèi)部水化熱峰值，減少混凝土內(nèi)外溫差，從而減少溫度應(yīng)力。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)207委員會(huì)的建議，避免在大體積混凝土中熱開(kāi)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(fēng)冷技術(shù)，入倉(cāng)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(fēng)冷技術(shù)，但因其倉(cāng)號(hào)混凝土體積相對(duì)較小，骨料提前進(jìn)行風(fēng)冷也能控制到這個(gè)溫度。因而這兩個(gè)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(jiàn)。
澆筑時(shí)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?xí)r，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水。
大體積混凝土澆筑時(shí)“臺(tái)階法”施工
通過(guò)合理設(shè)計(jì)入倉(cāng)臺(tái)階，保證大面積澆筑不會(huì)出現(xiàn)冷倉(cāng)，同時(shí)又可以釋放混凝土的溫度收縮應(yīng)力，減少早期開(kāi)裂的危險(xiǎn)。
采用兩次振搗技術(shù)
在混凝土澆筑后即將凝固前，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)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(shí)度，減少內(nèi)部微裂縫，提高混凝土強(qiáng)度和抗裂性。振搗時(shí)間長(zhǎng)短要根據(jù)混凝土的流動(dòng)性而定。
控制拆模時(shí)間
混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。
四、大壩混凝土裂縫的處理措施
當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)物已經(jīng)出現(xiàn)裂縫之后，就應(yīng)當(dāng)及時(shí)采取進(jìn)行處理。首先應(yīng)觀察其發(fā)展趨向（寬度、深度、長(zhǎng)度及數(shù)量）認(rèn)真做好原始記錄，并對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行全面的檢查，收集相關(guān)施工資料進(jìn)行分析。
環(huán)氧砂漿修補(bǔ)
采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)裂縫具有粘結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度高、固化養(yǎng)護(hù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。
用環(huán)氧修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)先對(duì)裂縫進(jìn)行處理。一般采用鑿嵌槽（沿裂縫開(kāi)展方向）與鑿毛工藝結(jié)合進(jìn)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(huán)氧基液，厚度控制在1mm之內(nèi)。接著在回填環(huán)氧砂漿，回填時(shí)要充分搗實(shí)、抹平，最后再涂抹一層環(huán)氧基液。
完成修補(bǔ)后，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)固化。
2.灌漿封堵
灌漿主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫的修補(bǔ)。它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)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(yán)重?fù)p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(jié)束語(yǔ)
裂縫是大壩混凝土中普遍存在的問(wèn)題，不僅影響結(jié)構(gòu)功能，承載能力，而且還可能造成質(zhì)量事故。因此，不僅要在施工中采取有效的措施預(yù)防控制裂縫的產(chǎn)生，而且要對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫認(rèn)真分析，采取合理的修補(bǔ)措施進(jìn)行處理。
參考文獻(xiàn)：
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建筑材料同濟(jì)大學(xué)出版社 上海 2005
混凝土結(jié)構(gòu)工程中常見(jiàn)變形裂縫的防治 山西建筑 2007
