道路橋梁施工大體積混凝土裂縫成因及防治分析

汪文淑 （安徽水利開發股份有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

大體積混凝土在現代工程建設中具有非常重要的作用，無論是在橋梁大壩、建筑物還是地下室等大型施工當中，都需要使用混凝土來進行澆筑。《普通混凝土配合比設計規程》對大體積混凝土進行了說明。具體來看，應該在了解混凝土物理力學性質的技術上結合工程實踐，不斷總結，在現有理論基礎上進行完善和創新。

1 大體積混凝土裂縫類型

1.1 溫度裂縫

溫度裂縫是隨著溫度的變化產生混凝土膨脹收縮變形。尤其是在施工環節當中，早期裂縫形成的可能性相對較高，按照深度可以劃分為表面裂縫、深層裂縫與貫穿裂縫。其中貫穿裂縫影響程度大，切斷結構斷面的同時還破壞了結構的整體性。通常來說，由溫度收縮應力引起的裂縫不會對結構物的承載能力產生嚴重影響。但大體積混凝土水泥用量較多，水泥水化熱產生的溫度變化也導致裂縫的產生。

1.2 微裂縫

微裂縫類型包含3種：一是粘著裂縫，即水泥粘接面區域產生的裂縫，以集料周圍居多；二是水泥石裂縫，即集料與集料之間出現的水泥漿裂縫；三是集料本身的裂縫。由于微裂縫分布并不規則，沿截面而非貫穿，具有微裂縫的混凝土可以承受一定的拉力，但是在結構某些受拉力較大的薄弱環節，微裂縫在拉力作用下很容易導致早期斷裂產生。微裂縫的存在同樣也對混凝土基本性質與強度、剛度產生一定的影響。按照構造理論模型計算方式，水泥石出現收縮變形引起內應力也是微裂縫產生的一大因素。

2 大體積混凝土裂縫的成因分析

2.1 混凝土自身因素

混凝土的體積、收縮、骨料添加情況與混凝土所用材料都是導致裂縫產生的主要原因。體積方面，混凝土澆筑工作結束之后，成型硬化前就出現了早期收縮情況，且混凝土產生干燥收縮、水化收縮時也會因為溫度的變化產生變化[1]。

混凝土中的水泥基體與骨料接觸面產生的界面具有特殊性能，也是混凝土結構中的薄弱環節。骨料界面處通常會因為氣孔的存在導致結構酥松，尤其是荷載作用之下，骨料和水泥石會因為彈性模量的差異導致變形不一致，界面區域的薄弱連接讓混凝土的性能出現了顯著降低。此外，需要重點關注的問題在于水泥和水的配比情況，不同的水泥類型、水泥用量所拌制的混凝土在強度與收縮值上也會產生一定的差異。一般情況下，礦渣硅酸鹽水泥混凝土的收縮值更大。而收縮值與強度與水的性質也有關，水量較多時，混凝土收縮值也會隨之提升，水表面張力越小，干縮值也越小。

2.2 環境因素

大體積混凝土施工期間，氣溫與環境的因素也是導致混凝土開裂的重要因素。外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也會隨之提升，降溫幅度過大也會導致溫差出現，對于混凝土抗裂極為不利。從道路橋梁混凝土工程結構來說，自然環境條件變化所產生的溫度荷載比較不穩定，控制難度也相對較高。

2.3 結構設計問題

結構裂縫可以通過構造設計與計算來進行裂縫控制。一般來說，我們在進行結構計算時會先計算結構物的受力體系，然后結合內力計算的結果來判斷是否有常規計算模型之外的內力。對于因混凝土收縮、沉降等變形因素而引起的裂縫，需要考慮到強度、應力與剛度的影響。例如某些結構的材料強度不高，但是韌性較為出色，往往能具備良好的變形要求，不易產生裂縫。

2.4 施工因素

施工因素主要是因為違規操作所導致。例如主要結構部位的模板施工出現問題、拆模時間過早導致混凝土內部受振等因素都會導致裂縫出現。此外，混凝土的養護工作也具有重要作用，如果養護效果不佳，混凝土早期強度增長時的收縮量較大，裂縫產生的可能性也會隨之提升。如果振搗方式不正確，混凝土分層離析導致表面開裂的情況也時有產生，結構厚薄交界處也是出現裂縫的主要區域。

3 裂縫控制技術措施

3.1 混凝土材料規劃

水泥水化熱是導致溫度應力產生的主要因素，所以合理地使用混凝土原材料是控制裂縫的關鍵，此外還應該考慮到強度、坍落度、水化熱等參數要求。混凝土強度等級越高，水化熱也會隨之提升，對于某些道路橋梁工程來說，施工工期較長，結構承受的設計荷載只需要在其時間內達到設計強度即可，具體可根據結構實際的荷載承受情況對結構的剛度和強度進行計算后，控制好混凝土的早期強度，增加其收縮，必要時結合實驗結果來確定最佳摻量[2]。

骨料選擇方面，應優先選擇熱膨脹系數小、含泥量低的骨料，重點關注骨料的連續級配，可以提升骨料在混凝土中所占體積，降低水泥用量，間接地降低水化熱，減少用水量，更好地控制收縮，防止裂縫產生。通常在施工環節，粗骨料的粒徑會選擇得大一些，不僅發揮水泥的作用，還能達到收縮的目的。

外加劑方面，現代化施工當中對于混凝土的坍落度與抗裂性能有著明確要求，以減水劑為主的外加劑已經被認為是現代混凝土強度提升的主要方案，節約水泥用量，降低能耗。如圖1與圖2所示。

圖1 電性斥力的產生

圖2 游離水釋放過程

除去減水劑之外，緩凝劑、膨脹劑等也是可選材料。

3.2 減少環境影響

環境影響可以從溫度方面入手，例如為了更好地降低入模溫度，可以盡量避免在夏季高溫時進行混凝土澆筑，如需進行則可以選擇夜間施工作業。同理，為了更好地控制混凝土的內外溫度差異，應避免在冬季低溫時進行澆筑。總體來看，為了減少環境產生的影響，需要在了解天氣狀態與環境影響的前提下做好充分準備[3]。

3.3 結構優化設計

結構優化設計需要合理地對立面和平面進行分析，防止截面突變，起到減小約束應力、合理設計分布鋼筋的作用。混凝土結構裂縫一般是因為拉應力而產生，尤其是材料極限拉伸時混凝土材料結構是非均質的，如果進行適當配筋，鋼筋可以對混凝土塑性變形起到一定的約束作用，更好地分擔混凝土內應力，推遲混凝土裂縫的出現。工程實踐也證明，合理的構造配筋對于收縮裂縫的實際意義顯著。

在很多情況下，可以減少地基對于混凝土基礎的阻力，減少地表水與地下水的影響。當地基是相對堅硬的老混凝土基層時，也可以考慮鋪設砂石卵石與瀝青砂漿層，在結構設計上起到優化作用。

3.4 施工技術方案

《混凝土結構工程施工及驗收規范》（GB50204-92）對于混凝土的澆筑溫度與溫差進行了明確說明。除去一般的施工工藝外，還應該采用技術措施來提升其極限拉伸。如對已經澆筑的混凝土進行二次振搗，不僅可以排除因水、粗骨料導致的水分與空隙，還能顯著提高混凝土的密實度與抗壓強度，進一步保障其抗裂性能[4]。

4 結語

本研究在初步分析混凝土裂縫類型與物理性能的基礎上，對目前道路橋梁施工中大體積混凝土出現裂縫的成因進行了研究，結合結構設計、材料選擇等多個方面的內容進行了裂縫控制方案分析，提出了相應的技術總結，旨在為今后的相關工程施工起到參考和借鑒。在未來的工作當中，需要明確施工分段，重視原材料的選取，必要時借助信息技術與計算機輔助分析，做到現代化、信息化施工，確保工程質量與安全。