毛爾蓋水電站抗沖耐磨混凝土表面裂縫原因分析及應(yīng)對(duì)措施

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司三分局，四川 郫縣，611730)

1 工程概況

毛爾蓋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內(nèi)黑水河中游紅巖鄉(xiāng)至俄石壩河段，是黑水河流域水電規(guī)劃二庫(kù)五級(jí)方案開發(fā)的第3梯級(jí)電站，總裝機(jī)420MW。電站采用混合式開發(fā)方式，首部樞紐由擋水建筑物、開敞式溢洪道和泄洪放空洞組成。擋水建筑物采用礫石土直心墻堆石壩，最大壩高為147.00m。

左岸開敞式溢洪道全長(zhǎng)607.34m，由引渠段、控制閘室段、泄槽段和出口挑流消能段組成。其中，引渠段長(zhǎng)69.34m，控制閘室段長(zhǎng)36m，泄槽段長(zhǎng)460m，出口挑流消能段長(zhǎng)42m。泄槽段以階梯形為主，階梯高度為2m，過流斷面寬10m，最大泄流高差127m。過流斷面設(shè)計(jì)為40cm厚C40抗沖耐磨混凝土，邊墻要求與外側(cè)的C25結(jié)構(gòu)混凝土同倉(cāng)澆筑。

本工程使用業(yè)主提供的洋房425R水泥，抗沖耐磨劑通過試驗(yàn)比較，選用四川巨星JX-HF抗沖耐磨劑。

2 表面裂縫原因分析

本工程使用的抗沖耐磨混凝土強(qiáng)度均為C40，澆筑數(shù)小時(shí)后或養(yǎng)護(hù)期間，在混凝土表面出現(xiàn)裂縫，經(jīng)檢測(cè)裂縫寬度均小于0.2m，裂縫深度小于0.4m。施工初期，通過對(duì)溢洪道抗沖耐磨混凝土裂縫的監(jiān)測(cè)與分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致抗沖耐磨混凝土表面裂縫的原因較多，主要有砂石骨料含泥量超標(biāo)、人工砂中石粉含量超標(biāo)、溫差變化較大、空氣濕度低、高溫水份蒸發(fā)快、保護(hù)層過大或過小、混凝土拌制水泥與水的用量過大、施工不當(dāng)?shù)仍颉Ｊ┕み^程中，針對(duì)這些問題及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，有效地控制了抗沖耐磨混凝土表面裂縫，并阻斷了表面裂縫向深層裂縫的發(fā)展。

2.1 溫度影響

氣溫較高時(shí)，在新澆混凝土表面極易出現(xiàn)收縮裂縫。由于新澆混凝土在振動(dòng)捧的作用下混凝土骨料下沉，漿液向上移動(dòng)，引起泌水，漿液中的表面水份在高溫條件下積聚蒸發(fā)，表面硬化收縮加快，在大面混凝土初凝前，表面薄層混凝土已經(jīng)硬化，導(dǎo)致表面收縮遠(yuǎn)大于內(nèi)部混凝土，造成混凝土表面破壞，產(chǎn)生收縮裂縫。收縮裂縫一般發(fā)生在新澆混凝土2h～6h內(nèi)。

冬季在高海拔地區(qū)，紫外線較強(qiáng)，白天氣溫高，夜間氣溫低，晝夜溫差極大?；炷猎谟不^程中，水泥水化必然會(huì)導(dǎo)致水化升溫，特別是在大體積混凝土中晝夜溫差引起的溫度應(yīng)力作用，使混凝土產(chǎn)生裂縫。水化升溫一般在1周之內(nèi)達(dá)到峰值，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度積聚升高，使其表面散熱較快，形成較大溫差。通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，當(dāng)溫差超過20℃以上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力變形，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土內(nèi)部應(yīng)力超過表面混凝土抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

2.2 低濕度對(duì)混凝土裂縫的影響

高標(biāo)號(hào)混凝土早期硬化水化熱較大，混凝土內(nèi)部溫度較高，加之本工程區(qū)域空氣濕度較低，混凝土水份蒸發(fā)加快，內(nèi)部水分蒸發(fā)相對(duì)較慢，引起混凝土體積變化，產(chǎn)生裂縫。若不采取相應(yīng)措施，這種裂縫將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展，一直發(fā)展到混凝土內(nèi)部，造成更大的收縮破壞。當(dāng)然，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生干裂收縮破壞的不僅僅是空氣濕度低的問題，特別是深層收縮破壞，更與水泥用量、水灰比、骨料等有著直接關(guān)系。

2.3 砂石骨料含泥量對(duì)混凝土裂縫的影響

諸多試驗(yàn)表明，如果砂石骨料中含泥量或泥塊含量超標(biāo)，在混凝土拌制過程中，個(gè)別部位會(huì)在骨料之間形成一種泥漿膜，它會(huì)降低水泥石與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度，使抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生早期裂縫，并會(huì)發(fā)展為貫通性裂縫。在同等情況下，混凝土的各項(xiàng)性能也將會(huì)變差。若要確?；炷恋南嚓P(guān)性能指標(biāo)，就必須增加水泥與水的用量。主要原因在于，隨著含泥量的增加，混凝土的保坍性能也越來越差，泥對(duì)外加劑及水的吸附越來越大，只有增大混凝土的用水量才能保證要求的流動(dòng)性。試驗(yàn)表明，當(dāng)含泥量達(dá)到13%時(shí)，在相同材料的情況下，混凝土拌合物初始坍落度為0；當(dāng)含泥量超過3%以上時(shí)，要保證初始坍落度，需增加用水量。對(duì)高標(biāo)號(hào)混凝土而言，水泥用量已較大，若因含泥量超標(biāo)，為確保混凝土的流動(dòng)性與強(qiáng)度，就得再增加水泥與水的用量，導(dǎo)致混凝土硬化過程中水化熱增大，破壞混凝土結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生裂縫。另外，在混凝土澆筑過程中，在振動(dòng)捧的作用下混凝土向上反漿，大量的泥漿與水泥漿堆積在表面，在高溫與低濕度的作用下，產(chǎn)生早期表面收縮裂縫。

2.4 人工砂中石粉含量超標(biāo)對(duì)混凝土裂縫的影響

在大、中型工程中，砂石骨料用量較大，天然儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程施工的需要，大量的砂石骨料需采用天然石材進(jìn)行加工，因天然石材質(zhì)地差異，在加工過程中同時(shí)會(huì)生產(chǎn)出不同含量的石粉混入砂中。通過試驗(yàn)證實(shí)，人工砂中的石粉含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，混凝土的收縮發(fā)展規(guī)律與普通混凝土相當(dāng)，既不會(huì)影響混凝土強(qiáng)度，也不會(huì)引起混凝土收縮破壞；但人工砂中石粉含量過高，會(huì)引起混凝土早期膨脹增大，使混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.5 骨料級(jí)配對(duì)混凝土裂縫的影響

混凝土粗細(xì)骨料級(jí)配不合理，造成粗細(xì)骨料之間孔隙率大，混凝土中游離水隱藏量多，水分蒸發(fā)后形成一定的孔隙與貫通的毛細(xì)孔道，會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降而出現(xiàn)裂縫。當(dāng)砂子細(xì)度模數(shù)偏低，石子粒徑偏小，就會(huì)增加水泥用量和用水量。水泥用量越多，用水量越大，混凝土干縮也就越大，出現(xiàn)裂縫的概率也就越大。

2.6 混凝土配合比對(duì)裂縫的影響

高強(qiáng)度混凝土配合比不合理，也將直接導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收縮裂縫?；炷林兴鄵搅窟^多，不僅會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱和較大的溫度應(yīng)力，而且還會(huì)使混凝土產(chǎn)生較大的收縮質(zhì)量問題?；炷了冶纫彩怯绊憦?qiáng)度和裂縫的主要因素之一，水灰比大的混凝土收縮也大，也就越容易產(chǎn)生裂縫。塑性沉落裂縫、干燥收縮裂縫都是由于混凝土用水量過大、混凝土稠度過低、塌落度過大、水分蒸發(fā)過快造成的。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，如果混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C35～C50之間時(shí)，水泥用量宜控制在350kg/m3～450kg/m3之間。

2.7 施工不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫

施工方法不當(dāng)也是造成混凝土裂縫的重要原因之一。當(dāng)結(jié)構(gòu)混凝土澆筑未選擇合理的施工方法，一次性投料過高會(huì)導(dǎo)致粗骨料下沉、漿體上浮產(chǎn)生混凝土離析，造成塑性沉降裂縫。振搗過程中做不到快插慢拔，氣泡不能充分排出，振搗棒有拖帶現(xiàn)象，均會(huì)造成裂縫。當(dāng)混凝土不是從同一方向澆筑，而是相向澆筑時(shí)，混凝土終凝后中間鋼筋受到兩個(gè)方向的拉應(yīng)力，會(huì)對(duì)中部的混凝土產(chǎn)生約束，導(dǎo)致混凝土受拉產(chǎn)生裂縫。高寒地區(qū)冬季氣溫較低、氣候干燥，混凝土澆筑后在不便于灑水養(yǎng)護(hù)的條件下，又不及時(shí)采用塑料薄膜覆蓋，將導(dǎo)致混凝土失水過快，直接影響混凝土的抗裂能力，出現(xiàn)不同程度的塑性收縮裂縫，并對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)相應(yīng)造成影響。

3 應(yīng)對(duì)措施

混凝土出現(xiàn)裂縫是不可避免的，特別對(duì)于高強(qiáng)度的抗沖耐磨混凝土，更容易出現(xiàn)表面裂縫。但通過采取有效措施，可大量減少表面裂縫出現(xiàn)的頻率，提高混凝土質(zhì)量。在此，結(jié)合本工程的施工情況，對(duì)抗沖耐磨混凝土表面裂縫采取了如下應(yīng)對(duì)措施：

3.1 在拌制抗沖耐磨混凝土?xí)r，可以在混凝土中加入一定比例的碳纖維、聚丙烯纖維來阻止裂縫的發(fā)生。纖維的摻入可以在混凝土中起到一種亂向支撐作用，改善混凝土早期泌水性，阻止混凝土發(fā)生塑性沉降，有利于提高混凝土的抗拉、抗折強(qiáng)度，從而有效地防止混凝土發(fā)生塑性收縮和早期干縮裂縫。

3.2 通過設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)核，優(yōu)化配筋。在確保相同的配筋率下，盡量選擇直徑偏小的鋼筋，采取細(xì)筋密布配筋方式。同時(shí)，應(yīng)控制好混凝土保護(hù)層厚度，保護(hù)層不宜過小，也不宜過大，經(jīng)設(shè)計(jì)核算，保護(hù)層控制在5cm～10cm之間為宜。通過實(shí)施證明，采用這種措施能較好地控制高強(qiáng)混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫。

3.3 進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用最佳砂率。將砂率控制在38%～43%之間，砂的細(xì)度模數(shù)控制在2.6～2.8之間為最佳。優(yōu)先選用連續(xù)級(jí)配的粗骨料，可降低水泥用量，減少泌水、收縮和水化熱。粗骨料應(yīng)提前采用壓力水沖洗，并配反鏟翻動(dòng)，以減少粗骨料中的含泥量。通過控制骨料的砂率、細(xì)度模數(shù)及級(jí)配，能大大降低高強(qiáng)混凝土表面收縮裂縫的出現(xiàn)。

3.4 在混凝土施工過程中，振搗要適宜，做到不過振、不漏振，振搗棒移動(dòng)距離控制在40cm左右，時(shí)間以每次10s為宜，振搗棒插入時(shí)應(yīng)快插慢拔。采用兩次振搗，可以防止因塑性沉降而引起的混凝土內(nèi)部分層，消除因混凝土泌水而出現(xiàn)的毛細(xì)孔道及石子下部隱含的氣泡，提高混凝土強(qiáng)度和減少混凝土裂縫。二次振搗在混凝土澆筑1h左右進(jìn)行。底板混凝土澆筑完畢后，在混凝土初凝前，應(yīng)用木抹子對(duì)混凝土表面進(jìn)行2～3次搓平，再用鐵抹子收光，也可阻止裂縫出現(xiàn)。

3.5 摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量，降低水化熱。粉煤灰摻量應(yīng)控制在30%左右，水泥用量宜控制在450kg/m3以內(nèi)。

3.6 高溫季節(jié)澆筑室外混凝土，可采用搭設(shè)遮陽棚等輔助措施控制混凝土溫升，或安排在夜間氣溫下降后再澆筑，降低澆筑混凝土的溫度。拆模時(shí)，要按混凝土強(qiáng)度要求，合理安排拆模時(shí)間，不允許提前拆模。

3.7 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓?，及時(shí)用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。在寒冷季節(jié)，混凝土表面應(yīng)采取保溫措施，以防止寒潮襲擊。

3.8 表面裂縫處理。對(duì)于抗沖耐磨混凝土局部不可避免的裂縫，必須徹底處理。裂縫深度在5cm以內(nèi)的，將混凝土表面打磨平整，并清除基面上的薄弱水泥漿層、污垢附著物等，用高壓風(fēng)清除表面沙粒、粉塵，使表面外露混凝土堅(jiān)實(shí)，并保持清潔，再壓抹一層環(huán)氧膠泥。裂縫深度在5cm～10cm之間的，沿裂縫方向切割成內(nèi)寬外窄的梯形槽，深度5cm左右，用高壓風(fēng)清除表面沙粒、粉塵，并保持清潔，再用環(huán)氧砂漿填實(shí)抹平。裂縫深度大10cm以上的，采用聚胺脂防水材料壓力灌漿，以起到隔絕空氣防止鋼筋銹蝕，滿足堵塞裂縫的作用。

4 結(jié)語

抗沖耐磨混凝土表面裂縫易發(fā)展成破壞性裂縫，降低結(jié)構(gòu)混凝土抗沖耐磨能力，縮短建筑物的正常使用年限。因此，在施工過程中，必須采取嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、水泥的用量、澆筑過程、面層保護(hù)及養(yǎng)護(hù)等應(yīng)對(duì)措施，以減少混凝土表面裂縫的出現(xiàn)。