混凝土坝病害模式及机理研究

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发布时间：2021-09-17

资料介绍

混凝土坝病害模式及机理研究
Research on Lesion Pattern and Mechanism of Concrete Dam
孙小冉，彭建和1,2，凌建璋1,2
(1．安徽省·水利部淮委水利科学研究院，安徽蚌埠233000；2．安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽合肥230088)
摘要：大坝病害模式及机理的分析研究是进行大坝安全管理的基
础，根据大坝安全鉴定统计资料，提出混凝土坝的病变模式，并探讨混
凝土结构裂缝的演变过程及裂缝产生的原因，分析溶蚀、碳化和冻融
破坏的化学、物理作用机理，为合理分析大坝的工作状态和水库大坝
的安全管理提供了科学依据。
关键词：混凝土坝；病害模式；病变机理
中图分类号：-rv642 文献标识码：A
文章编号：1007-7359(2015)06-0166-02
0 前言
水利工程是重要的基础设施，在经济建设和社会安定中起
着举足轻重的作用，其安全不仅直接影响到效益的发挥，而且
．危及人民的生命财产安全。截至2011年底，我国已建成各类堤
坝88605座【l】，其中上世纪50年代到70年代末修建的约有8
万座，由于当时的工程建设标准低、材料质量差、施工技术落
后，导致这些工程大多数存在一定的安全隐患；加上水库大坝
藉所处的环境一般都很恶劣，在荷载及复杂环境的持续作用下，
术再加上管理粗放，导致产生众多病变，严重威胁到大坝的正常
运行，一旦发生溃坝失事，后果不堪设想圆。据不完全统计，我国
已建水库大坝中有3万多座为病险坝，约占总数的1，3，其中不
乏混凝土坝，因此开展混凝土坝病变模式的研究，充分了解大
坝的病变机理，具有非常重要的意义。
安
徽
建
筑
圈
1 混凝土坝病害模式
据水利部和国家电力公司对所属大坝的安全鉴定和定期
检查资料及已有病险水库的病害统计，影响混凝土坝安全的因
素主要有：设计洪水标准偏低、设计能力有限、施工质量缺陷、
坝基及库岸地质问题、管理不足等。归纳总结混凝土病害的
模式如图1所示。
2 混凝土坝病变机理
混凝土坝运行环境恶劣，其病变主要是物理作用和化学作
用的结果，其中：物理作用包括水的渗透、荷载、徐变、冻融循
环、干缩、磨损等；化学作用包括酸碱盐侵蚀、碳化、碱骨料反应
及有害气体的侵蚀、电化学作用引起的钢筋锈蚀等。对于混凝
土坝而言主要存在裂缝、溶蚀、碳化、冻融等破坏形式。下面具
作者简介：孙小冉(1986-)，女，河南项城人，毕业于河海大学，硕士；助
理工程师，主要从事水工建筑物安全监控理论及安全评价等方面的工
作。
体分析混凝土坝的病变机理。
2．1裂缝破坏机理
对于混凝土坝，根据裂缝成因不同，裂缝主要分为施工期
裂缝和运行期裂缝f4]。
2．1．1施工期裂缝
① 混凝土标号强度不足，振捣不密实，拌合不均匀等施工
原因引起的裂缝；
②温控和养护措施不当，施工组织设计和浇筑方案不合理
引起的裂缝。
2．1．2运行期裂缝
①运行期坝体受到外界不利因素的作用而引起施工施工
缝或内部缝扩张；
② 在不利因素作用下形成再生缝；
③ 温度周期性变化形成温度疲劳效应，从而产生裂缝。
④ 温度和渗透产生的扩展缝和再生缝。
从本质上讲，裂缝导致的混凝土结构破坏实际是病变的累
积，从微观到宏观裂缝，再扩展交织发展的过程。具体机理为：
混凝土结构的内部缺陷或者界面裂缝受外界因素影响，产生微
观裂缝，经过扩展、分叉，逐渐从内表面向砂浆区域偏转和扩
展，在砂浆中产生新的裂缝和孔隙，随着外荷载的加强和持续
作用，形成肉眼可见的宏观裂缝，这些不同类型的宏观裂缝相
互贯穿汇合，因应力集中而又出现新的病变。如此循环发展，开
始影响混凝土结构的力学性能和应力，使混凝土结构发生破坏
嘲
。
2．2溶蚀破坏机理
混凝土坝溶蚀破坏主要是因为碱骨料反应，有碱硅酸盐反
应和碱碳酸盐反应两种，生成物会在混凝土结构内部膨胀，产
生应力，使结构受拉破坏。
① 碱硅酸盐反应(Alkali Silicate Reaction)：由于混凝土中含
有无定形的SiO：和玻璃质、微晶质以及隐晶质的SiO：，这类活
性SiO 组成的石英晶体结晶度差，活性大，较易膨胀。
②碱碳酸盐反应(Alkali Carbonate Reaction)：是由于混凝
土内部黏土含有的泥质白云石发生化学反应，遇到溶蚀破坏，
使其内部的黏土暴露在外，吸水膨胀，导致混凝土内部拉应力
超过极限状态而破坏。白云石石化反应式为：
CaMg(CO3)2+2NaOH=Mg(OH)2+CaCOs+NaC03
2．3碳化破坏机理
2．3．1溶出型水的破坏
水库大坝受到工厂、生活污水的影响使水体PH降低，易
溶入CO ，当水沿着裂缝渗透到混凝土结构中，就会与坝体混
凝土或帷幕和固结灌浆中的Ca(OH) 发生反应，生成不易溶于
水的“白浆”析出物CaCO ，使得大坝钙质不断流失加速老化，
承载力降低，帷幕灌浆的防渗能力减弱，析出物溶于水后，还会