橋梁工程大體積混凝土裂縫產生原因及對策分析

萬永利

1 大體積混凝土的定義

大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于1㎡以上的混凝土結構，其尺寸已經大到必須采用相應的技術措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開展的混凝土結構。其實質是由于混凝土中水泥水化要產生熱量，大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過大，其所產生的溫度應力可能會使混凝土開裂。

2 大體積混凝土裂縫產生原因

2.1 沉縮裂縫

混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實，沉實不足，或者骨料下沉，表層浮漿過多，且表面覆蓋不及時，受風吹日曬，表面水份散失快，產生干縮，混凝土早期強度又低，不能抵抗這種變形而導致開裂。

2.2 溫度裂縫

2.2.1水泥水化熱引起的裂縫

混凝土結構在硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，使混凝土表面和內部溫差較大，混凝土內部膨脹高于外部，此時混凝土表面將受到很大的拉應力，而混凝土的早期抗拉強度很低，因而出現裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內發生，表面層以下結構仍保持完整。

2.2.2氣溫變化引起的裂縫

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對大體積混凝土裂縫的產生起著很大的影響。混凝土內部的溫度由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也就會越高；如果外界溫度降低，則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，極易引發混凝土的開裂。

2.3 結構約束引起的裂縫

結構受到外界的約束時易引起裂縫。當大體積混凝土澆筑在約束地基上時，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，導致其對溫度產生變形的限制，易發生深進裂縫，直至貫穿的溫度裂縫。

2.4 混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力情況下的這種自發變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。

3 大體積混凝土裂縫的控制對策

3.1 大體積混凝土配合比設計原材料的選用

3.1.1水泥

大體積混凝土原則上采用水化熱低的水泥，以避免早期溫度應力導致的混凝士裂縫。水泥礦物組成中C含量要低，水泥細度不宜太細。因為，C含量越高，水化放熱速率越快，水泥越細，收縮越大。

3.1.2骨料

對骨料的含泥量要嚴格控制，要求砂含泥量小于3%，石子含泥量<1%。石子級配要良好，在大體積混凝土中宜使用粗砂或中砂。

3.1.3礦物摻和料

粉煤灰的水化熱遠小于水泥，7天約為水泥的l/3，28天約為水泥的l/2，因此摻加粉煤灰減小水泥用最可有效降低水化熱。摻加的粉煤灰要需水性小，滿足二級或二級以上的質量要求。

3.1.4外加劑

大體積混凝土，采用緩凝型減水劑，主要目的在于延緩水泥水化放熱速度，推遲熱峰出現的時間，降低最高溫峰值并減少總的發熱量，以減少混凝士因溫差而引起的裂縫。延緩混凝土的凝結時間，也有利于在澆筑大體積混凝土時不致形成施工冷接縫。

3.2 溫控措施及施工現場控制

3.2.1溫度預測分析

根據現場混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養護方案，采用計算機仿真技術對混凝土施工期溫度場及溫差進行計算機模擬動態預測，提供結構沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混凝土在施工期內不產生溫度裂縫的溫控標準及進行保溫養護優化選擇。

3.2.2混凝土澆筑方案

采用延緩溫差梯度與降溫梯度的措施，在澆筑前經詳細計算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度及前后澆筑的搭接時間；控制混凝土入模溫度并加強振搗。嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，保證振搗密實，嚴防漏振及過振。確保混凝土均勻密實；做好現場協調、組織管理，要有充足的人力、物力，保證施工按計劃順利進行，保證混凝土供應，確保不留冷縫；澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進行必要的處理（一般澆筑后3～4h內初步用水長刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓兩遍，再用木抹予搓平壓實）以控制表面龜裂；混凝土澆灌完及拆模后，立即采取有效的保溫措施并按規定覆蓋養護。

3.2.3混凝土溫度監測

在混凝土內部及外部設置溫度測點，并且設置保溫材料溫度測點及養護水溫度測點，現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集并進行整理分析，每一測點的溫度值及各測位中心測點與表層測點的溫差值，作為研究調整控溫措施的依據，防止混凝土出現溫度裂縫。

3.2.4溫度應力檢測

為反映溫控效果可在少數混凝土層中埋設應變計進行溫度應力檢測，應變計沿水平方向布置，檢測水平向應力分量。

3.2.5通水冷卻

采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設冷卻水管，冷卻水管使用前進行試水，防止管道漏水、阻塞，根據混凝土內部溫度監測，控制冷卻水管進水流量及溫度。

4 防裂措施展望

4.1 采用不同型號的混凝土

大體積混凝土上層采用早強水泥下層采用普通水泥，這樣，在內部混凝土水化熱未釋放之前達到混凝土抗拉強度，從而防止混凝土開裂。

4.2 吸收溫度的儀器

研究一種能吸收水化熱的儀器，當水化熱反應產生的熱量時，它便開始有反應，就像人需要氧氣一樣。如冰箱的制冷裝置、冰棒。同時，還不影響結構的受力。

5 結語

大體積混凝土的裂縫是混凝士結構工程中比較常見的現象。大體積混凝土的裂縫控制是一項比較復雜的施工技術，要有效控制混凝土的裂縫，必須從原材料選擇、配合比設計、施工過程以及養護等各環節進行嚴格控制。