混凝土面板裂縫控制與優化研究

摘要:混凝土面板與其他混凝土結構一樣，在硬化過程和硬化后都會因混凝土干縮、溫度變化及地基沉降等產生不同程度的裂縫。從目前情況來講，堆石壩的混凝土面板裂縫是普遍存在的，防止面板裂縫是混凝土面板施工的一個關鍵技術問題，只要從設計、施工及養護等各個環節嚴格控制，面板裂縫是完全可以避免。

關鍵詞:混凝土面板;裂縫控制;優化

中圖分類號:TU528 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)02-0277-02

1 混凝土面板裂縫控制

1.1 支撐混凝土面板的堆石體質量控制

混凝土面板是澆筑在坡度為1:1.4左右的墊層坡面上的薄板，面板裂縫受堆石體的位移、沉降影響較大，特別是地基不均勻沉降或局部填筑密度不夠而導致的不均勻沉降影響則更大。為避免裂縫的產生或控制裂縫的發展，面板混凝土澆筑應在堆石體(墊層區、過渡區、堆石區)基本完成施工期的沉降量以后進行，各種填筑料的填筑密度應不低于設計指標，墊層坡面的平整度應達到規范要求。

1.2 面板混凝土強度等級設計

面板混凝土的抗拉強度及極限拉伸值的大小對面板抗裂性能影響較大，而混凝土強度等級的高低與抗拉強度及極限拉伸值呈正比例關系。因此，面板混凝土強度等級，宜高不宜低，低壩混凝土標號也應設計成C20為宜。

1.3 面板混凝土原材料控制

混凝土面板除在設計上要合理配筋、分塊外，混凝土原材料的選擇是面板裂縫控制的主要措施之一?；炷猎牧系膬灹蛹捌渑浜媳鹊膬炦x，對面板的抗裂性能影響較大。因此，必須從面板混凝土原材料選擇方面作大量的對比試驗研究。

1.3.1 外加劑的選擇

通常要在面板混凝土配合比中摻減水劑和引氣劑，用以提高混凝土的和易性、不透水性和抗裂性。由于極限拉伸值的增高，而彈模及千縮率的降低，抗裂性能w1優于W0。這說明面板混凝土中摻適量優質外加劑對抗裂有利，但不同品牌的外加劑在面板混凝土中的抗裂性能有較大差別。所以，在混凝土面板施工以前，應結合設計、施工對面板混凝土的要求，選用多個品牌的外加劑進行配合比試驗研究，從中選出滿足設計和施工以及對面板抗裂最為有利的外加劑。筆者認為，不管壩的高低，面板混凝土均應采用高效減水劑配制。

1.3.2 水泥的選擇

面板混凝土應選用于縮小、水化熱低的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，這是大家公認的事實。但有些普通硅酸鹽水泥用于面板混凝土澆筑，對面板的抗裂不太有利。普硅1水泥中硅酸三鈣和鋁酸三鈣含量均高于普硅2水泥，說明普硅l水泥的水化熱高于普硅2水泥。但普硅1水泥摻有12%的礦渣，此值已接近摻活性混合材料時不得超過15%的國家標準，普通硅酸鹽水泥中摻礦渣較其他活性材料的干縮要大，這就是用普硅1P.042.5強度等級的普通硅酸鹽水泥較用普硅2P.042.5強度等級的普通硅酸鹽水泥配制的面板混凝土干縮大的原因所在。

面板混凝土所用水泥除選用硅酸鹽水泥外，應優先選用水化熱低且不摻或少摻礦渣活性材料的普通硅酸鹽水泥為好。水泥標號的選用宜高不宜低。因在配制相同強度等級的混凝土時，用高標號比用低標號要少用水泥，對混凝土減少干縮有利。SL49—94(混凝土面板堆石壩施工規范)規定;面板混凝土用水泥強度等級應不低于32.5。故對有條件的工程，特別是高壩應盡量選用P.042.5強度等級的水泥或更高強度等級水泥來配制面板混凝土。

1.3.3 摻加優質粉煤灰

優質粉煤灰中含有大量微珠顆粒，摻入混凝土中能減少水泥的需水量，除使混凝土面板抗滲性能大幅度提高外，還可減少干縮。既節約了水泥，又提高了面板的抗滲性，從而提高抗裂性能。早期修建的工程在面板混凝土中摻粉煤灰的實例較少，隨著認識的不斷深入，加之粉煤灰收集工藝的提高，現在在面板混凝土中摻入適量的優質粉煤灰已較為普遍。

1.3.4 關于面板混凝土中摻加膨脹劑及化學纖維

面板與基巖或趾板接觸的板塊處于約束區，因面板本身的變形而較易引起開裂。為解決混凝土面板裂縫問題，在國內的已建工程中已有采用在混凝土產生收縮的同時，用人為產生等量膨脹的方法，防止混凝土面板裂縫或降低裂縫程度的嘗試。目前這類外加劑品種主要是以鈣釩石為膨脹源及以氧化鎂為膨脹源的產品，適用于低中型面板混凝土壩。在面板與基巖或基巖與趾板接觸的板塊混凝土中摻入適量氧化鎂或UEA膨脹劑，對面板抗裂有利。

聚丙烯、聚乙烯纖維由于抗拉強度均較高，適量摻入混凝土中能提高混凝土的抗拉強度并降低混凝土干縮而改善其抗裂性能，現已普遍用于道路工程。水利工程中的防洪堤、灌溉渠以及抗沖磨混凝土也有應用實例。浙江白溪水庫就在每立方米面板混凝土中摻入0.9kg聚丙烯纖維的應用實例，其28d、60d、90d的干縮率分別降低了2.7%、5.5%和7.4%。

2 面板施工的質量控制

2.1 面板施工時段的選擇

面板施工時段的選擇實際上是面板澆筑時環境溫度和濕度的選擇。由于模板漏水，骨料的吸水或者蒸發等使未凝固的面板混凝土脫水，引起與脫水容積大體相等的收縮，同時，這種收縮又受到基礎、模板、鋼筋等的約束而產生拉應力，此時，混凝土的抗拉強度幾乎為零而易于產生裂縫。由于蒸發速度對塑性收縮裂縫的產生起重要作用，國外有專家提出產生裂縫的極限蒸發量為1-1.5kg/m2。面板澆筑時環境溫度高導致混凝土溫度高，使表面水分急劇蒸發。為減少未凝固混凝土水分過多地蒸發，防止面板開裂，面板的最佳施工溫度應控制在22℃左右，濕度應控制在70%以上。

2.2 面板混凝土生產、運輸、澆筑的質量控制

除了原材料質量控制和最優的配合比外，原材料配料準確與否是面板裂縫控制的又一重要環節。骨料入斗允許誤差±2%，加水量允許誤差±1%，施工單位應嚴格過磅稱量原材料。超出誤差范圍的配料狀態下，生產出的混凝土質量是極不穩定的。因此，對面板混凝土生產中原材料稱量這一環節的質量控制必須加強。任何用途的混凝土都要求拌和均勻，而面板混凝土則更應強調拌和的均勻性，以保證其面板有較高的延伸性，提高抗裂性能。為保證混凝土在運送過程中不致發生分離、漏漿、嚴重泌水或過多降低坍落度，就應盡量減少轉運次數和時間，以便生產的混凝土在最短的時間內入倉澆筑。入倉混凝土及時振搗，以使混凝土密實并緊貼墊層。鋪料間隙時間要符合要求，應無初凝現象，以免造成施工冷縫而留下產生裂縫隱患。

3 新澆面板混凝土裂縫的控制

面板的養護，特別是面板的早期養護，對防止面板裂縫尤為重要。養護好的混凝土面板，除強度增長較快外，還可降低因干縮產生裂縫的程度。

養護濕度為70%的混凝土較養護濕度為90%的混凝土所測各齡期干縮大，其平均值前者是后者的近兩倍。從而說明混凝土早期的精心養護對減少混凝土干縮，防止面板開裂有利。在一些面板壩所在地，氣溫驟變時有發生，有時連續35℃以上高溫，或突降暴雨使氣溫驟降至20℃左右或更低;白天40℃左右、晚上降至10℃左右(如新疆烏魯瓦提面板堆石壩壩址區，5～7月份最高氣溫41℃，日最低氣溫12℃)，白天20℃以上，晚上降至0℃左右就更常見了。在氣溫驟變的情況下，面板承受較大的溫度梯度，使面板產生拉應力。

處于水中的面板混凝土較暴露于空氣中的面板混凝土脹縮變形小得多。其23℃驟變至0℃時，前者僅是后者的1/3。0℃驟變至23℃時，前者小于后者32%。這是試件齡期達300天后的試驗數據。可以推斷，混凝土齡期越短，上述變化將越明顯。說明硬化中或硬化后的混凝土面板如果能避免直接暴露于空氣中，對防止裂縫極為有利。

為防止面板裂縫，面板自拉模起就應加強養護和保護。拉模抹面處理后覆蓋草袋并灑水養護，面板澆筑期可在草袋上灑水養護，面板澆筑結束可采用灑水花管進行自流養護，并盡可能養護至水庫蓄水。