淺析水利混凝土的斷裂及對策

王果立　鄧澄

【摘 要】對水泥混凝土路面變化的原因，產(chǎn)生的影響，提出對策。

【關(guān)鍵詞】水泥混凝土路面；斷板開裂

由于混凝土路面是由多種材料組成的混合體，是一種脆性體，在受到溫度、壓力、外力的作用下，都有出現(xiàn)裂縫的可能性。混凝土路面裂縫所帶來的危害不容忽視，它除了影響美觀，還影響路面的使用壽命。但如果采取一定的措施，很多裂縫是可以克服、控制的。

1.混凝土路面裂縫的種類

混凝土路面受自然環(huán)境及各種因素的影響，其裂縫成因復(fù)雜而繁多，主要原因分以下幾類：溫度引起的混凝土溫度應(yīng)力裂縫；地基不均勻沉降引起的沉降裂縫；外地荷載引起的裂縫。

2.水利工程中混凝土常見病害

水利工程是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)工程，目前我國正在大規(guī)模、高速度地進(jìn)行水利開發(fā)，工程建設(shè)耗費(fèi)了大量資源，水工混凝土的耐久性也直接關(guān)系到工程的使用壽命、加固費(fèi)用、效益發(fā)揮和運(yùn)行安全，但是水工混凝土卻經(jīng)常受到裂縫、凍脹、沖磨、空蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化、溶蝕和侵蝕等病害的威脅，由于工程耐久性不足，增加了建筑物使用過程中的修理與加固費(fèi)用，影響或限制了結(jié)構(gòu)的正常使用功能并縮短結(jié)構(gòu)的使用年限，影響效益和安全，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重浪費(fèi)資源，引發(fā)社會問題。因?yàn)橛斜匾獙λせ炷恋某Ｒ姴『M(jìn)行分析。

水工混凝土是水利工程建設(shè)中很重要的材料，使用種類繁多，根據(jù)水工混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)和所處工作環(huán)境的不同，常見病害主要有裂縫、凍脹、沖磨空蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化、溶蝕和侵蝕七大類，這幾類病害對混凝土的危害程度也互不相同。

2.1裂縫

裂縫是混凝土建筑物最常見的病害之一。裂縫是材料的不連續(xù)現(xiàn)象，屬于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影響因素。對于水庫蓄水發(fā)電和灌溉來說，擋水混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫會直接引起滲漏，如果滲漏量達(dá)到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力；對于混凝土重力壩來說，如果裂縫達(dá)到一定貫穿深度和寬度，會引起壩體場壓力的急劇增長，減低壩體的抗滑能力，對結(jié)構(gòu)抗震非常不利，甚至?xí)φ麄€(gè)壩體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全造成威脅。

2.2凍脹

一般認(rèn)為，在溫度正負(fù)交替過程中，混凝土為空中的水成為結(jié)冰或過冷的水，體積膨脹產(chǎn)生凍脹壓力，過冷的水遷移產(chǎn)生滲透壓力，當(dāng)兩者的附加作用力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就遭受破壞。所以說凍脹破壞是一種物理性破壞。

2.3沖磨和空蝕

沖磨主要是水流中的泥沙作用，我國河流多泥沙，和高速水流一起運(yùn)動(dòng)時(shí)磨蝕直接接觸或臨近的混凝土，空蝕是水工泄水建筑物中的一種特有現(xiàn)象，混凝土局部受到不規(guī)則的擠壓變形而產(chǎn)生破壞。所以沖磨和空蝕都屬于物理性病害。

2.4堿骨料反應(yīng)

骨料中含有氧化硅等物質(zhì)容易和水泥或混凝土中的堿（Na2O、K2O）起反應(yīng)，即堿骨料反應(yīng)，顯然這是一種化學(xué)病害。該反應(yīng)生成吸水膨脹的凝膠，使混凝土產(chǎn)生開裂。

2.5碳化

混凝土的碳化（中性化）是空氣中的二氧化碳?xì)怏w不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細(xì)孔，擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部充水的毛細(xì)孔中，與其中的空隙液所溶解的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)，生成碳酸鹽或其他物質(zhì)，使混凝土孔溶液的PH值小于10，鋼筋生銹后體積膨脹，引起混凝土開裂，與鋼筋的粘結(jié)力降低，混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋斷面面積發(fā)生損缺，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。

2.6溶蝕

混凝土溶蝕是一種化學(xué)性病害?；炷林械腃aO被水溶解變成Ca（OH）2，然后遇到空氣中的CO2反應(yīng)生成空氣中的CaCO3沉淀物，標(biāo)志著混凝土已經(jīng)病變，將以此損失掉膠凝性而逐漸失去強(qiáng)度，抗?jié)B能力也不斷降低。當(dāng)CaO被溶出33%時(shí)，混凝土將變得酥軟而失去強(qiáng)度。

2.7侵蝕

侵蝕主要是環(huán)境水質(zhì)對水工混凝土的危害，這也是一種化學(xué)病害，雖然不是特別普通，但有些工程卻受害很深。比如，環(huán)境水中的離子與混凝土中的Ca（OH）2反應(yīng)生成CaSO4時(shí)，產(chǎn)生第一次體積膨脹，CaSO4又與混凝土中的C3A反應(yīng)生成硫鋁酸鈣，產(chǎn)生第二次體積膨脹，巨大的膨脹應(yīng)力導(dǎo)致混凝土脹裂、變酥，甚至變成粉末狀。另一個(gè)就是氯鹽的滲入，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于含有氯鹽的海水、巖土或空氣環(huán)境中時(shí)，氯離子也會從混凝土表面逐漸擴(kuò)散到鋼筋表面并使鋼筋脫鈍而銹蝕。

3.水泥混凝土路面斷板、開裂的原因

3.1原材料選擇不當(dāng)造成的裂縫

（1）水泥堿含量較大。一般情況下，路面混凝土宜選用堿含量不大于0.6%的水泥。

（2）砂石含泥量較大。含泥量大于規(guī)范值時(shí)，將直接影響混凝土的抗折強(qiáng)度及界面粘接強(qiáng)度。

（3）混凝土配合比選用不當(dāng)。路面混凝土的配合比應(yīng)與結(jié)構(gòu)混凝土有所區(qū)別，有錢是混凝土的砂率選擇，用水量的確定，都影響路面混凝土的性能。

3.2氣候影響

（1）風(fēng)力和風(fēng)向。

（2）高溫條件下路面混凝土受到的負(fù)面影響。

（3）干燥氣候的影響。

（4）溫度的影響。

3.3施工安排造成的斷裂開裂

（1）混凝土路面板形成斷板、開裂的原因有：混凝土拌制不均勻?；炷琳駬v不均勻；人工及三婫軸施工時(shí)提漿過厚；早起養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或養(yǎng)護(hù)方式不當(dāng)。

（2）施工過程中的工藝銜接控制不當(dāng)。

4.各種裂縫的控制預(yù)防和對策

4.1溫度應(yīng)力裂縫的預(yù)防

（1）及時(shí)鋸切縮縫，有道溫差裂縫在接縫位置展開?；炷谅访娴臋M縫切縫，一般是每隔5m切一道，縫深8cm，它是大面積砼防止溫差效應(yīng)出現(xiàn)無規(guī)則裂縫的措施之一。如果能在砼溫度應(yīng)力裂縫產(chǎn)生之前及時(shí)切縫，就能先于裂縫產(chǎn)生之前形成一個(gè)弱斷面，從而誘導(dǎo)裂縫在弱斷面處展開，避免在板面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。而切縫時(shí)間的掌握則是預(yù)防工作的關(guān)鍵，切縫過早會造成邊緣剝落，切縫過遲則裂縫會先于切縫出現(xiàn)，造成板面的開裂。

（2）采取有效措施，降低混凝土路面中心與砼表面的溫差盡量選用低熱和中熱水泥配置砼，盡可能在保證強(qiáng)度的條件下降低單位水泥用量；避開高溫施工期，利用夜間作業(yè)；對砼攪拌用的水管進(jìn)行掩埋覆蓋，防止日曬；砼澆筑前基層模板要適當(dāng)灑水。冬季施工則應(yīng)保溫。

4.2工程設(shè)計(jì)預(yù)防

設(shè)計(jì)要從按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模式中解脫出來，更多地考慮建筑物長期使用過程中由于環(huán)境作用引起的結(jié)構(gòu)材料性能劣化、服飾對結(jié)構(gòu)安全性與實(shí)用性的影響。

水工混凝土建筑物的設(shè)計(jì)要求要嚴(yán)格按照國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行嚴(yán)格考慮建筑物正常使用過程中構(gòu)件的預(yù)定檢測和維護(hù)，并在結(jié)構(gòu)實(shí)際時(shí)為此工作提供可能性和工作性。

4.3工程原材料

合理選擇水泥品種和標(biāo)號，選用水化熱小的水泥，適量摻加粉煤灰或礦渣等摻合料。嚴(yán)格對混凝土攪和用水進(jìn)行檢驗(yàn)，避免氯離子含量超標(biāo)。盡可能采用較小的水灰比，減少混凝土的空隙率。

4.4運(yùn)行管理

按照實(shí)際預(yù)定的工況進(jìn)行運(yùn)行，不應(yīng)有超出設(shè)計(jì)范圍的工況，對于設(shè)計(jì)預(yù)定的但是不常用的工況運(yùn)行期間要加強(qiáng)監(jiān)測和控制。建立嚴(yán)格的運(yùn)行管理規(guī)章制度并在運(yùn)行中嚴(yán)格執(zhí)行。設(shè)計(jì)人員要向建設(shè)單位或運(yùn)行單位的相關(guān)人員提出建筑物使用過程中日常維護(hù)措施、設(shè)計(jì)預(yù)定的定期維修、部件更換、監(jiān)測要求和定期安全鑒定計(jì)劃的內(nèi)容，做好運(yùn)行安全技術(shù)交底。 [科]