王 哲
 

摘要：
面板堆石壩工程中，砼面板的裂縫問題是長期以來困擾著業內人士的技術難題。砼面板產生裂縫的原因是多種多樣的，而控制面板砼出現裂縫的措施除了從結構的設計著手外，還要包括施工質量的控制、砼材料自身的特性特征以及砼面板的養護等各方面因素。本文就在分析面板砼形成裂縫原因的基礎防上，提出相應的預防措施。
關鍵詞：面板砼；裂縫成因；預防措施
一、砼面板裂縫形成的原因
在施工過程中，堆石壩砼面板極易出現非結構性的裂縫問題，特別是收縮裂縫，其對于壩體的防滲性能有著直接的影響。所以針對砼面板產生裂縫的原因要深入研究。面板砼會受到來自于外部及內部約束的限制，當其進行收縮變形時就無法得到滿足，從而出現砼材料介質不連續的現象，最終形成面板砼的收縮裂縫。此外，產生這種裂縫的主要原因不僅和收縮變形的大小有關，而且面板砼的約束強弱對其也有著直接的影響。我們可以計算面板砼的收縮裂縫計算模型如下式：
△=δc自由-δc限制
其實由上式可以看出，如果處于自由收縮的條件下，面板砼不會出現收縮裂縫。而將面板處于自由條件下及約束限制條件下的收縮變形做出比較，可以發現面板砼產生了伸長變形，面板就是由于該原因而發生裂縫的。在討論時為便于計算，可以將面板長度的影響排除，則面板砼的伸長應變則由下式所述：
ε=△/L=δc自由/L=δc限制/L=δc自由-δc限制=Kδc自由
上式中：ε：面板砼的伸長應變，為時間t的函數
         δc自由：面板砼自由收縮應變，為時間t的函數
         δc限制：面板砼限制收縮應變，為時間t的函數
         K：面板約束系數，其大小所反應的是面板約束的強弱，值的變化范圍在0-1
由可以由上式得出面板介質連續性，即不會發生收縮裂縫的充要條件如下式所述：
Kε（t）c自由≤ε(t)p
上式中：：ε(t)p：砼極限拉伸值，為時間函數
由此可見，在砼凝結硬化的整個過程，如果要防止裂縫問題的發生，則要隨時可以滿足上述充要條件。
接下來我們對面板的收縮裂縫寬度進行計算，通過上述分析可得知，如果面板砼的伸長應變ε=Kεc自由>εp時，面板就會出現收縮裂縫。則沿著長度方向裂縫的累計總寬度△L則可以用下式表述：
△L =（ε-εp）L=（Kεc自由-εp）L
由上述研究可以看出，影響面板裂縫寬度的相關因素包括面板的長度、面板砼的極限拉伸、約束系數以及面板砼受到外界條件作用時的自由收縮值。
二、預防面板砼出現裂縫的措施
（一）聚丙烯纖維
1、聚丙烯纖維材料
近些年都有大量的試驗結果證明，在砼中摻入低摻量的聚丙烯纖維，通常為每立方米0.9kg，其并不會對砼的抗壓強度、劈拉強度、抗折強度以及極限拉伸值、彈性模量和長齡期的干縮等性能產生太大的影響，即使有影響其幅度也不會超過10%。而砼力學試驗結果的離散性，已經超出聚丙烯纖維本身所帶來的影響。聚丙烯纖維和砼基體彈性比只有1/6-1/9，由于其比值相對較低，理論上與普通的砼相比，其強度會有所下降，但是由于其摻量過小，因此其降低的幅度可以忽略不計。與抗壓強度不同，砼抗拉強度對于微裂縫相對敏感，所以普通砼后期的抗拉強度增長的幅度不大。
而對于聚丙烯纖維砼而言，因為阻裂效應的影響，砼微裂縫的尺度及數量均有所降低，從而微裂縫發生、發展的機率就相對減少，砼的完整性就得到了較好的保持，進一步的促進砼長齡期抗議拉強度的持續性增長。聚丙烯纖維的加入對砼性能的影響是綜合而全面的，其中提高早齡期砼體積的穩定性、降低砼早期收縮裂縫的應用價值最明顯。所以在大面積砼薄壁結構中比較適用聚丙烯，并且其對于砼的其它性能也無不利影響。
2、施工注意事項
    采用聚丙烯纖維材料預防面板砼出現裂縫時，要注意施工過程中的以下幾個問題：第一，配合比，因為聚丙烯纖維的抗堿性較高，分散性較好，因此對于水泥基體沒有其它額外的要求，其水膠比、膠凝材料以及骨料和其它的外加劑根據常規的砼配合比來確定即可。砼的含氣量、容重等特性受到纖維的影響并不大，只是稍微提前了凝結時間。盡管纖維可以提高砼的粘聚性，降低其離析及泌水性，提高其和易性，但是也會影響其坍落度，因此在實際施工時要先經過試驗對其坍落度做出調節，適當的添加減水劑；或者在保證水灰比不變的前提下，適當的添加用水量及膠材的用量。第二，攪拌時間及投料順度的控制，纖維可以和干料一起添加到攪拌機中，直接加水即可拌和，并且適當延長攪拌的時間，直至纖維在砼中均勻的分布。無需先干拌，否則不僅易粘盤，而且對環境也會造成嚴重的污染。第三，振搗和壓面，在纖維砼成型的過程中并沒有其它特殊的要求，如果砼的坍落度比較小，增加了振搗的難度，則要適當延長振搗的時間，以保證其振實充分。壓面時纖維砼的難度要大于普通砼，并且砼面的光滑度也難以保證，因此在抹面時為了避免鉤出纖維最好不要用木抹。
（二）添加膨脹劑
1、膨脹劑
   添加膨脹劑是可以防止及減少砼裂縫的有效途徑之一。對于砼來說，自由收縮未受到約束自然不會出現裂縫，如果受到內外部的約束作用，其收結合實際在內部所產生的拉應力達到一定臨界點時就會出現裂縫，但是如果自由膨脹不受任何約束，又會導致砼的內部疏松。如果在膨脹的過程中受到一定的約束對其結構是非常有利的，因為可以提高砼結構的密實度，從而砼就會產生預壓應力。在砼中添加膨脹劑的主要作用也是利用這種受到約束的膨脹對砼收縮變形進行一定的補償。對于面板砼而言，由于其基底和周邊的約束都相對較小，主要是鋼筋對其產生約束。而面板的配筋和結構配筋是不同的，面板基本上都是單配筋，其縱向配筋率多數為0.4%，鋼筋的間距通常在260-300mm之間，和膨脹砼所要求的配筋細密的原則有一定差距。在摻入膨脹劑考慮約束條件時，通常只考慮配筋率，而對于面板配筋特點的關注相對較少。對于面板砼來說，靠近表層的部位要考慮是否具備可以產生預壓應力的足夠約束。如果約束小但是膨脹率過大，則砼的強度就會降低，甚至出現裂縫；如果膨脹率較小，相應的預應力也比較小，其對干縮的補償能力也相對較小。至于在面板砼中添加微膨脹材料以抵消砼的收縮，要從砼的膨脹及收縮機理等方面做深入的研究。按照實際工程中配筋的特點、收縮模型以及變形條件做相關的應力計算。考慮約束條件的特點，面板砼中的膨脹率最好不要太大，尤其是配單層筋的高壩。
2、施工注意事項
如果施工過程中控制面板砼出現裂縫采用摻入膨脹劑的方法，那么要注意以下幾點：第一，材料攪拌要保證其均勻性，以免由于膨脹不均勻導致局部開裂；第二，在早期要進行持續的濕養護，因為摻膨脹劑的砼在潮濕的環境中其膨脹效果相對較好，如果環境過于干燥則效果可能不明顯；第三，選擇膨脹劑性要盡量選擇落差小的，即在應力松馳的條件下，如果膨脹結束后其收縮量，即落差，和不摻膨脹劑時一樣，則其收縮應力也是一樣的，或者更大。即使殘余應變為正，仍有可以出現裂縫，只不過產生的時間稍有延后而已。所以與保證干縮后的剩余膨脹率相比，選擇落差小的膨脹劑更重要。
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