淺析市政工程大體積混凝土裂縫的預(yù)控

尚久軍

摘要：我國市政工程建設(shè)發(fā)展迅速，大體積混凝土越來越多的應(yīng)用在市政工程中，如地鐵工程、市政橋梁工程、城市高架路工程等。其主要特點是體積大，表面小，水泥水化熱釋放較集中，內(nèi)部溫升較快，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差較大時，就會產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，因此大體積混凝土裂縫的控制和預(yù)防一直是混凝土施工的重點和難點，本人根據(jù)多年市政工程施工的經(jīng)驗，通過分析大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因，制定相應(yīng)的預(yù)防控制措施，并作以簡要分析。

關(guān)鍵詞：裂縫；危害；控制

一、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及危害

1.1大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

（1）水泥水化熱

水泥在水化過程中產(chǎn)生了大量的熱量，因而使混凝土內(nèi)部的溫度升高，當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成正比，溫差越大，溫度應(yīng)力越大，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外的約束力時，就會產(chǎn)生裂縫。混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土的厚度及水泥用量有關(guān)，混凝土越厚，水泥用量越大，內(nèi)部溫度越高。

（2）外界氣溫變化

混凝土內(nèi)部溫度是由水泥水化熱引起的絕熱溫度、澆注溫度和散熱溫度三者的疊加，當(dāng)氣溫下降，特別是氣溫驟降，會大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯差，產(chǎn)生溫差和溫度應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。

（3）混凝土收縮變形

混凝土中的80%水分要蒸發(fā)，約20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分幾乎不引起收縮，隨著混凝土的陸續(xù)干燥而使20%的吸附水逸出，就會出現(xiàn)干燥收縮，而表面干燥收縮快，中心干燥收縮慢。由于表面的干燥受到中心部位混凝土的約束，因而在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

（4）內(nèi)外約束條件

混凝土在早期溫度上升時，產(chǎn)生的膨脹受到約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)溫度下降，則產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。另外，混凝土內(nèi)部由于水泥的水化熱而形成中心溫度高，熱膨脹大，因而在中心區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。若拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，混凝土將會產(chǎn)生裂縫。

1.2大體積混凝土裂縫的危害

（1）降低混凝土結(jié)構(gòu)剛度

結(jié)構(gòu)如果貫穿性裂縫，則會使結(jié)構(gòu)的剛度降低，從而影響到結(jié)構(gòu)功能的正常發(fā)揮。

（2）降低混凝土的耐久性

裂縫的出現(xiàn)是侵蝕性介質(zhì)容易進入混凝土內(nèi)部，使鋼筋銹蝕，混凝土腐蝕、碳化，損壞混凝土表面，使混凝土強度降低，進而影響混凝土耐久性。

（3）降低混凝土的防水性

裂縫的出現(xiàn)會使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏問題，且一旦出現(xiàn)滲漏，不但處理困難、花費巨大，還降低了結(jié)構(gòu)的使用功能。

二、大體積混凝土裂縫的控制措施

大體積混凝土裂縫的控制主要從原材料、配合比、澆筑及振搗、養(yǎng)護等幾個方面采取相應(yīng)措施。

2.1原材料的控制

（1）水泥：應(yīng)選用早期水化熱較低的水泥，以降低水泥水化所產(chǎn)生的熱量，從而控制大體積混凝土溫度的升高，避免產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。常用的水化熱較低的水泥有火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰質(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥等。

（2）粗骨料：粗骨料宜選用連續(xù)級配，因連續(xù)級配粗骨料有較好的和易性，抗壓強度較高，可同時減少用水量與水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升。

（3）細骨料：嚴(yán)格控制細骨料的級配及含泥量。如果含泥量過大，會增加混凝土的收縮，引起混凝土抗拉強度的降低，致使混凝土開裂。

（4）粉煤灰：為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，可以采用粉煤灰代替部分水泥，但粉煤灰的摻量不易過多，在工程中應(yīng)根據(jù)具體情況確定粉煤灰摻量。

（5）外加劑：包括減水劑、緩凝劑、引氣劑等，混凝土中加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機會，防止混凝土收縮開裂。

2.2合理優(yōu)化控制配合比

（1）在保證強度的情況下，盡可能降低水灰比，減少水泥的用量，以減少水泥的水化熱。

（2）采用大塊石集料配制，毛石尺寸控制在150mm左右，但總量不宜超過混凝土體積的25%.

（3）選用合適的緩凝、減水等外加劑，以改善混凝土的性能，延長混凝土的凝結(jié)時間。

（4）控制好混凝土的塌落度，不宜過大，一般在120+-20毫米即可。

（5）夏季高溫施工時，采用冰水降低粗骨料的溫度，或用冰水拌合混凝土，將混凝土的入模溫度控制在25度以下。

2.3控制混凝土澆筑溫度

降低澆筑溫度不但能降低混凝土中的最高溫升，也能直接影響到新舊混凝土間的溫差。因此，大體積混凝土施工時，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土拌合物的出罐溫度。其中，碎石與水的溫度對混凝土出機溫度影響最大，在實際施工時，可采取溫水或冰水?dāng)嚢杌炷粒瑢橇蠂娎渌蚶錃膺M行預(yù)冷，或設(shè)置遮陽裝置，避免日光直曬。并應(yīng)盡量縮短混凝土拌合物的運輸時間和轉(zhuǎn)料次數(shù)，以達到混凝土拌合物的入模溫度。

2.4分層澆筑施工工藝

實際施工中常采取分層澆筑混凝土，利用澆筑面散熱，以大大減少施工中出現(xiàn)裂縫的可能性。選擇澆筑方案時，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：

（1）全面分層。即在第一層全面澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。這種方案適用于結(jié)構(gòu)平面尺寸不太大，施工時從短邊開始，沿長邊推進比較合適。必要時可分成兩段，從中間向兩端或從兩端向中間同時進行澆筑。

（2）分段分層。混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。這種方案適用于單位時間內(nèi)要求供應(yīng)的混凝土較少，結(jié)構(gòu)物厚度不太大而面積或長度較大的工程。

（3）斜面分層。要求斜面坡度不大于1/3，適用于結(jié)構(gòu)長度大大超過厚度3倍的情況。混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。混凝土的振搗也要適應(yīng)斜面分層澆筑工藝，一般在每個斜面層的上、下各布置一道振動器。上面的一道布置在混凝土卸料處，保證上部混凝土的搗實。下面一道振動器布置在近坡腳處，確保下部混凝土密實。隨著混凝土澆筑的向前推進，震動器也相應(yīng)跟上。

2.5加強混凝土的養(yǎng)護

大體積混凝土澆筑后，應(yīng)及時進行養(yǎng)護，以控制和縮小內(nèi)外溫差，并避免結(jié)構(gòu)失去水分。大體積混凝土養(yǎng)護的關(guān)鍵是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內(nèi)外溫差，促進混凝土強度正常發(fā)展的同時，防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。大體積混凝土的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長的需要，還應(yīng)通過溫度控制，防止因溫度變形引起混凝土開裂。

（1）混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的溫差均應(yīng)控制在20度以下，當(dāng)混凝土具有足夠的抗裂能力時，溫差不大于25度。

（2）采用內(nèi)部降溫法降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度。冷卻在混凝土剛澆筑完時就開始進行

（3）保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料，在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

（4）根據(jù)工程的具體情況，盡可能延長養(yǎng)護時間，拆模后立即回填或再覆蓋保護，同時預(yù)防近期驟冷氣候影響。

綜上所述，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久性能，如何采取更好的方法來降低混凝土的水化熱，加強原材料的用量及配合比的合理控制，做好原材料的溫度控制，采用更實用可靠的養(yǎng)護措施等等，以保證大體積混凝土的開裂問題能得到有效的解決，確保市政工程中大體積混凝土的施工質(zhì)量。