大坝混凝土的裂缝产生原因分析与应对措施
摘要：结合工程实践经验，对大坝混凝土的裂缝产生的可 能原因进行综合分析，提出预防和处理措施，类似工程可作借鉴参考。
关键词：温度；大坝混凝土；裂缝；收缩 ；安定性；裂缝控制
中图分类号： TV698.2+31文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
一、前言
大坝混凝土体积大，多是采用钢筋混凝土结构，而钢筋混凝土结构从理论分析和工程实践表明大都是带裂缝工作的，不过有些裂缝非常细小（缝宽小于0.05mm），对结构物的危害不大，不需处理。但有些裂缝宽度超出了一定范围，在有外部荷载或物理及化学作用下，不断发展变化，致使混凝土碳化、保护层脱落及钢筋锈蚀，钢筋混凝土的力学性能遭到破坏，发现不及时就会发生重大事故。对于此种裂缝就必须进行预防控制和处理。本文正是针对此种裂缝进行探讨的。
二、大坝混凝土裂缝产生的可能原因
大坝混凝土裂缝就其产生的原因及其影响因素，大体可分以下几种：
1、收缩裂缝：
混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响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，混凝土的收缩就越大。选用水泥品种的不同，干缩、收缩的量也不同。收缩量较小的水泥为中低热水泥和粉煤灰水泥。混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。大坝混凝土的收缩现象中比较常见的有干燥收缩、温度收缩、自身（水化反应）收缩和塑性收缩。
2、温差裂缝
混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。大坝混凝土因其体积大更易发生此类裂缝。
大坝混凝土像进水口、挡墙、尾水墩等结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土表面土则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时，混凝龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土的表面产生裂缝。
大体积混凝土施工，由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成较大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力。当温差产生的表面拉应力超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。
3、原材料质量不合格引起的裂缝
（1）水泥。水泥如果安定性不合格会引起裂缝，此类裂缝表现为龟裂。
（2）砂石骨料。①砂石含泥量超标，会在混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。②砂石级配差，砂砾过细拌制的混凝土容易形成侧面裂缝。③碱骨料反应。骨料中含有酸性硅化物质与水泥中的碱性物质相遇，发生水硅反应生成膨胀的胶质，吸水后局部膨胀产生拉应力，混凝土就会出现爆裂状裂缝。
（3）拌和水及外加剂。拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量过高时引起钢筋锈蚀而造成混凝土裂缝。
4、施工过程引起的裂缝
如果在大坝混凝土施工中，施工工艺不合理，施工质量控制不到位也会造成混凝土裂缝。常见的有以下这些：
（1）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面或空洞导致钢筋锈蚀或形成结构应力集中点；
（2）浇筑速度过快，振捣不足；
（3）混凝土搅拌、运输过程造成坍塌度损失过多；
（4）混凝土坍塌度过大，表面出现浮浆产生龟裂；
（4）浇筑下料过高造成骨料离析；
（5）仓号分层或分段浇筑时，接面部位处理不好，造成冷仓；
（6）混凝土初期养护不及时到位，造成表面急剧干燥，
（7）拆摸过早。
三、大坝混凝土的裂缝预防控制措施
在知道混凝土裂缝的成因之后，可以针对性地采取一些措施防止裂缝产生。
技术措施
精心设计配合比。
进行混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能的降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值”的抗裂混凝土。
（2）优选原材料
在选择大坝混凝土用水泥时，在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（1～5 d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。
骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此，在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
砂除满足骨料规范要求外，应适当放宽石粉或细粉含量，这样不仅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密实性、耐久性和抗裂性。有研究表明，砂子中石粉比例一般在15%～18%之间为宜。
粉煤灰只要细度与水泥颗粒相当，烧失量小，含硫量和含碱量低，需水量比小，均可掺用在混凝土中使用。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。这些诸多好处均将有利于提高混凝土的抗裂性能。
高效减水剂和引气剂复合使用对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用，也是混凝土向高性能化发展的不可或缺的重要组分。
2、施工措施
（1）降低混凝土浇筑温度
混凝土原材料的预冷却，不仅可以降低混凝土的浇筑温度，而且可以消减混凝土内部水化热峰值，减少混凝土内外温差，从而减少温度应力。美国混凝土学会207委员会的建议，避免在大体积混凝土中热开裂的最大因素就是控制浇筑温度。苏丹麦洛维大坝混凝土骨料采用二次风冷技术，入仓温度可降到20度左右。而苏丹罗赛雷斯大坝混凝土骨料虽然采用的是一次风冷技术，但因其仓号混凝土体积相对较小，骨料提前进行风冷也能控制到这个温度。因而这两个工程的混凝土虽然是在高温天气下浇筑，但混凝土温度裂缝却不多见。
浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工泵送混凝土时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。
大体积混凝土浇筑时“台阶法”施工
通过合理设计入仓台阶，保证大面积浇筑不会出现冷仓，同时又可以释放混凝土的温度收缩应力，减少早期开裂的危险。
采用两次振捣技术
在混凝土浇筑后即将凝固前，在适当的时间和位置给予再次振捣，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部造成的水分和孔隙，增加混凝土的密实度，减少内部微裂缝，提高混凝土强度和抗裂性。振捣时间长短要根据混凝土的流动性而定。
控制拆模时间
混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。
四、大坝混凝土裂缝的处理措施
当混凝土结构物已经出现裂缝之后，就应当及时采取进行处理。首先应观察其发展趋向（宽度、深度、长度及数量）认真做好原始记录，并对结构物进行全面的检查，收集相关施工资料进行分析。
环氧砂浆修补
采用环氧砂浆修补裂缝具有粘结力强、强度高、固化养护时间短等优点，但成本较高。
用环氧修补时，应先对裂缝进行处理。一般采用凿嵌槽（沿裂缝开展方向）与凿毛工艺结合进行。嵌槽形状多为V形，其宽度、深度视裂缝大小而定。嵌槽做好后，清洁嵌槽。处理好后均匀涂抹一次环氧基液，厚度控制在1mm之内。接着在回填环氧砂浆，回填时要充分捣实、抹平，最后再涂抹一层环氧基液。
完成修补后，进行养护固化。
2.灌浆封堵
灌浆主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补。它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。
3.混凝土置换法
混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种办法。此方法是将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。
五、结束语
裂缝是大坝混凝土中普遍存在的问题，不仅影响结构功能，承载能力，而且还可能造成质量事故。因此，不仅要在施工中采取有效的措施预防控制裂缝的产生，而且要对已经出现的裂缝认真分析，采取合理的修补措施进行处理。
参考文献：
工程结构裂缝控制 中国建筑工业出版社 北京 1997
建筑材料同济大学出版社 上海 2005
混凝土结构工程中常见变形裂缝的防治 山西建筑 2007
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