浅析水利混凝土的断裂及对策

王果立　邓澄

【摘 要】对水泥混凝土路面变化的原因，产生的影响，提出对策。

【关键词】水泥混凝土路面；断板开裂

由于混凝土路面是由多种材料组成的混合体，是一种脆性体，在受到温度、压力、外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。混凝土路面裂缝所带来的危害不容忽视，它除了影响美观，还影响路面的使用寿命。但如果采取一定的措施，很多裂缝是可以克服、控制的。

1.混凝土路面裂缝的种类

混凝土路面受自然环境及各种因素的影响，其裂缝成因复杂而繁多，主要原因分以下几类：温度引起的混凝土温度应力裂缝；地基不均匀沉降引起的沉降裂缝；外地荷载引起的裂缝。

2.水利工程中混凝土常见病害

水利工程是基础产业工程，目前我国正在大规模、高速度地进行水利开发，工程建设耗费了大量资源，水工混凝土的耐久性也直接关系到工程的使用寿命、加固费用、效益发挥和运行安全，但是水工混凝土却经常受到裂缝、冻胀、冲磨、空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀等病害的威胁，由于工程耐久性不足，增加了建筑物使用过程中的修理与加固费用，影响或限制了结构的正常使用功能并缩短结构的使用年限，影响效益和安全，不仅造成经济损失，而且严重浪费资源，引发社会问题。因为有必要对水工混凝土的常见病害进行分析。

水工混凝土是水利工程建设中很重要的材料，使用种类繁多，根据水工混凝土建筑物的结构性特点和所处工作环境的不同，常见病害主要有裂缝、冻胀、冲磨空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀七大类，这几类病害对混凝土的危害程度也互不相同。

2.1裂缝

裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一。裂缝是材料的不连续现象，属于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影响因素。对于水库蓄水发电和灌溉来说，挡水混凝土结构的裂缝会直接引起渗漏，如果渗漏量达到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力；对于混凝土重力坝来说，如果裂缝达到一定贯穿深度和宽度，会引起坝体场压力的急剧增长，减低坝体的抗滑能力，对结构抗震非常不利，甚至会对整个坝体的结构稳定和安全造成威胁。

2.2冻胀

一般认为，在温度正负交替过程中，混凝土为空中的水成为结冰或过冷的水，体积膨胀产生冻胀压力，过冷的水迁移产生渗透压力，当两者的附加作用力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就遭受破坏。所以说冻胀破坏是一种物理性破坏。

2.3冲磨和空蚀

冲磨主要是水流中的泥沙作用，我国河流多泥沙，和高速水流一起运动时磨蚀直接接触或临近的混凝土，空蚀是水工泄水建筑物中的一种特有现象，混凝土局部受到不规则的挤压变形而产生破坏。所以冲磨和空蚀都属于物理性病害。

2.4碱骨料反应

骨料中含有氧化硅等物质容易和水泥或混凝土中的碱（Na2O、K2O）起反应，即碱骨料反应，显然这是一种化学病害。该反应生成吸水膨胀的凝胶，使混凝土产生开裂。

2.5碳化

混凝土的碳化（中性化）是空气中的二氧化碳气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔，扩散到混凝土内部充水的毛细孔中，与其中的空隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质，使混凝土孔溶液的PH值小于10，钢筋生锈后体积膨胀，引起混凝土开裂，与钢筋的粘结力降低，混凝土保护层脱落，钢筋断面面积发生损缺，严重影响混凝土的耐久性。

2.6溶蚀

混凝土溶蚀是一种化学性病害。混凝土中的CaO被水溶解变成Ca（OH）2，然后遇到空气中的CO2反应生成空气中的CaCO3沉淀物，标志着混凝土已经病变，将以此损失掉胶凝性而逐渐失去强度，抗渗能力也不断降低。当CaO被溶出33%时，混凝土将变得酥软而失去强度。

2.7侵蚀

侵蚀主要是环境水质对水工混凝土的危害，这也是一种化学病害，虽然不是特别普通，但有些工程却受害很深。比如，环境水中的离子与混凝土中的Ca（OH）2反应生成CaSO4时，产生第一次体积膨胀，CaSO4又与混凝土中的C3A反应生成硫铝酸钙，产生第二次体积膨胀，巨大的膨胀应力导致混凝土胀裂、变酥，甚至变成粉末状。另一个就是氯盐的渗入，当混凝土结构处于含有氯盐的海水、岩土或空气环境中时，氯离子也会从混凝土表面逐渐扩散到钢筋表面并使钢筋脱钝而锈蚀。

3.水泥混凝土路面断板、开裂的原因

3.1原材料选择不当造成的裂缝

（1）水泥碱含量较大。一般情况下，路面混凝土宜选用碱含量不大于0.6%的水泥。

（2）砂石含泥量较大。含泥量大于规范值时，将直接影响混凝土的抗折强度及界面粘接强度。

（3）混凝土配合比选用不当。路面混凝土的配合比应与结构混凝土有所区别，有钱是混凝土的砂率选择，用水量的确定，都影响路面混凝土的性能。

3.2气候影响

（1）风力和风向。

（2）高温条件下路面混凝土受到的负面影响。

（3）干燥气候的影响。

（4）温度的影响。

3.3施工安排造成的断裂开裂

（1）混凝土路面板形成断板、开裂的原因有：混凝土拌制不均匀。混凝土振捣不均匀；人工及三婫轴施工时提浆过厚；早起养护不及时或养护方式不当。

（2）施工过程中的工艺衔接控制不当。

4.各种裂缝的控制预防和对策

4.1温度应力裂缝的预防

（1）及时锯切缩缝，有道温差裂缝在接缝位置展开。混凝土路面的横缝切缝，一般是每隔5m切一道，缝深8cm，它是大面积砼防止温差效应出现无规则裂缝的措施之一。如果能在砼温度应力裂缝产生之前及时切缝，就能先于裂缝产生之前形成一个弱断面，从而诱导裂缝在弱断面处展开，避免在板面出现不规则裂缝。而切缝时间的掌握则是预防工作的关键，切缝过早会造成边缘剥落，切缝过迟则裂缝会先于切缝出现，造成板面的开裂。

（2）采取有效措施，降低混凝土路面中心与砼表面的温差尽量选用低热和中热水泥配置砼，尽可能在保证强度的条件下降低单位水泥用量；避开高温施工期，利用夜间作业；对砼搅拌用的水管进行掩埋覆盖，防止日晒；砼浇筑前基层模板要适当洒水。冬季施工则应保温。

4.2工程设计预防

设计要从按强度设计的模式中解脱出来，更多地考虑建筑物长期使用过程中由于环境作用引起的结构材料性能劣化、服饰对结构安全性与实用性的影响。

水工混凝土建筑物的设计要求要严格按照国家现行有关标准执行严格考虑建筑物正常使用过程中构件的预定检测和维护，并在结构实际时为此工作提供可能性和工作性。

4.3工程原材料

合理选择水泥品种和标号，选用水化热小的水泥，适量掺加粉煤灰或矿渣等掺合料。严格对混凝土搅和用水进行检验，避免氯离子含量超标。尽可能采用较小的水灰比，减少混凝土的空隙率。

4.4运行管理

按照实际预定的工况进行运行，不应有超出设计范围的工况，对于设计预定的但是不常用的工况运行期间要加强监测和控制。建立严格的运行管理规章制度并在运行中严格执行。设计人员要向建设单位或运行单位的相关人员提出建筑物使用过程中日常维护措施、设计预定的定期维修、部件更换、监测要求和定期安全鉴定计划的内容，做好运行安全技术交底。 [科]