市政工程大體積混凝土裂縫的預(yù)控

任躍中

（太原城市建設(shè)有限公司，山西 太原 030000）

市政工程中，橋梁的墩臺(tái)、蓋梁通常為最小尺寸均大于1m的大體積現(xiàn)澆混凝土，因此其施工經(jīng)常涉及大體積混凝土現(xiàn)澆施工。而大體積混凝土施工由于容易出現(xiàn)各類裂縫，因此是市政工程施工中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，需要加以探討與研究。

1 大體積混凝土施工中常見的裂縫類型

在大體積混凝土施工過程中，裂縫問題較為突出，如果按照裂縫的程度大小來區(qū)分，大致分為三種類型，分別為以下：1）表層裂縫。通常情況下這種裂縫問題帶來的危害不是很大，主要的由于溫度因素而導(dǎo)致，且表層裂縫并不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的受力安全造成影響。但是表層裂縫會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的外觀造成影響，給人一種不安全的觀感。2）深度裂縫。顧名思義，深度裂縫的深度相對(duì)比較深，可能會(huì)導(dǎo)致部分結(jié)構(gòu)面被切斷，這樣就會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的受力安全造成影響，而且也會(huì)對(duì)混凝土的耐久性造成不良的影響。3）貫通裂縫。這種裂縫類型較為較為嚴(yán)重，一旦發(fā)生貫通裂縫，就會(huì)徹底將整體混凝土結(jié)構(gòu)切斷，所帶來的后果則非常嚴(yán)重，必須要采取有效的加固措施進(jìn)行防治。

2 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因分析

2.1 收縮變形

在澆筑環(huán)節(jié)，大體積混凝土內(nèi)部往往產(chǎn)生一連串的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)混凝土收縮，導(dǎo)致體積變小。當(dāng)下，比較多發(fā)的收縮現(xiàn)象包括：干燥收縮、自身收縮、塑性收縮和碳化收縮。這里，干燥收縮最容易造成混凝土裂縫。自身收縮的原因?yàn)椋杭?xì)骨料水化物體積小于水泥和水化反應(yīng)的水的體積，引發(fā)混凝土收縮，此類收縮不存在水分的變動(dòng)，和干燥收縮比較，其收縮程度不值一提。若混凝土為塑性狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部的泌水往往急劇下降，水分不足難以第一時(shí)間得到補(bǔ)充，抑或由于天氣狀況不佳，比方高溫或者大風(fēng)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)塑性收縮。空氣里的二氧化碳和水泥水化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致碳化收縮。自然狀態(tài)之下，混凝土出現(xiàn)體積收縮產(chǎn)生不了拉應(yīng)力，然而，在施工實(shí)踐中，由于大體積混凝土構(gòu)件均離不開許多人為的因素，由于收縮而導(dǎo)致的裂縫亦難以杜絕。

2.2 受到混凝土原材料的影響

在大體積混凝土施工過程中，混凝土的構(gòu)成要素包括水泥、砂、石、水等原材料，這些原材料需要根據(jù)一定的比例配比并充分?jǐn)嚢鑿亩Y(jié)成為一個(gè)整體。但是在這一期間水泥在接觸到水分之后會(huì)產(chǎn)生水化作用，并釋放出較高的熱量，而部分熱量并未完全釋放，反而是聚集在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這樣就會(huì)產(chǎn)生混凝土內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的溫度偏差過大，使得溫度應(yīng)力產(chǎn)生，進(jìn)而使得混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表層裂縫。簡而言之，導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的因素主要體現(xiàn)在水泥的種類、強(qiáng)度、用量、尺寸大小等因素。

2.3 水泥水化熱的影響

大體積混凝土澆筑完畢后，水泥水化熱作用所放出的熱量會(huì)使混凝土內(nèi)部溫度逐漸升高，可達(dá)70℃左右。由于混凝土內(nèi)部和表面散熱條件不同，大體積混凝土內(nèi)部溫度不易散出，導(dǎo)致混凝土由內(nèi)部中心向外形成溫度梯度。內(nèi)外溫差變形不同會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。一旦拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.4 外在動(dòng)力荷載作用

大體積混凝土在抗拉強(qiáng)度上是存在相應(yīng)約束的，然而，在靜力荷載及外在動(dòng)力荷載作用之下，大體積混凝土往往面臨拉應(yīng)力的沖擊，如果拉應(yīng)力大于大體積混凝土本身的抗拉強(qiáng)度上限，混凝土就會(huì)由于外在動(dòng)力荷載作用而出現(xiàn)裂縫。

3 預(yù)防大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的對(duì)策

3.1 科學(xué)合理選擇混凝土及其原材料

首先，選擇低水化熱的水泥。大體積混凝土發(fā)生裂縫的主要原因是在水化過程中水泥釋放很多熱量，為了減少熱量，所以施工前選擇初期水化熱小的水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等，這些材料能夠有效調(diào)控水泥用量，防止溫度過高，增強(qiáng)混凝土的硬度及體積的濕度，從而防止使用水泥后對(duì)混凝土的硬度、強(qiáng)度造成不利影響，同時(shí)活性細(xì)摻料也是代替水泥的一種材料。其次，科學(xué)、合理的選擇骨料。根據(jù)施工情況和需求，應(yīng)選擇粒徑大的石子，保障質(zhì)量與規(guī)范要求相符，保證級(jí)配科學(xué)，而且細(xì)集料的含泥量達(dá)標(biāo)。強(qiáng)化對(duì)用水量的管控，節(jié)約對(duì)水泥的使用量，在符合配合比設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，盡可能降低水泥用量，有效管控混凝土收縮和泌水問題。如果想要合理選擇細(xì)骨料，應(yīng)優(yōu)先使用平均粒徑較大的中粗砂，這種骨料能夠防止混凝土發(fā)生干縮，有效降低水化熱量，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。最后，合理摻加外加料和外加劑。加入適量的外加料和外加劑對(duì)于預(yù)防裂縫出現(xiàn)效果確切。例如加入適量的粉煤灰能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水泥用量的有效控制，減少水化熱，使摻量保持在30%之內(nèi)。或者摻入適量的減水劑，可以有效提供混凝土的活性，增加水泥水化能力，提高混凝土的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)水化熱的合理控制，降低水化熱釋放的速率。

3.2 嚴(yán)格控制大體積混凝土澆筑施工工藝

在進(jìn)行大體積混凝土的澆筑施工時(shí)，應(yīng)選擇在陰天進(jìn)行，并將混凝土入模溫度控制在24℃左右。混凝土澆筑要分層進(jìn)行，每層厚度應(yīng)控制在400～500mm之間。澆筑混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間歇時(shí)間不得超過2.5h。由于大體積混凝土的坍落度相對(duì)較大，表面鋼筋下部可能會(huì)有水分產(chǎn)生，或在表層鋼筋上部的混凝土產(chǎn)生細(xì)小裂縫，因此在混凝土初凝前和混凝土預(yù)沉后采取二次抹面壓實(shí)措施。在完成大體積混凝土的澆筑后，施工單位可以采取冷卻管循環(huán)水降溫控制措施。降溫時(shí)可以用水泵抽水，合理控制冷卻管進(jìn)水口壓力，且進(jìn)出水管溫差應(yīng)控制在5～10℃之間。每次降溫前，施工人員應(yīng)首先測試孔內(nèi)溫度。如果混凝土循環(huán)管口內(nèi)的水溫與環(huán)境溫度差達(dá)到25℃時(shí)以上，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行循環(huán)水降溫。在注水降溫過程中，應(yīng)每隔4h監(jiān)測一次溫度。溫度有下降趨勢(shì)時(shí)，可停止循環(huán)水降溫。澆筑完成后，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度以及濕度采取相應(yīng)的保溫保濕措施，且養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到14d以上。

3.3 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土在施工完成后，就要及時(shí)養(yǎng)護(hù)。經(jīng)過養(yǎng)護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)目的在于可以快速采集有關(guān)混凝土內(nèi)部溫度改變的情況，進(jìn)而有效把控混凝土的溫度，避免大體積混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。在不同季節(jié)，要對(duì)大體積混凝土采用合理措施加以維護(hù)，冬天應(yīng)做好混凝土抗凍措施，避免霜凍損壞混凝土，夏天就要立即做好保濕措施，防止因?yàn)闇囟冗^高，蒸發(fā)迅速而出現(xiàn)的裂縫病害。加強(qiáng)大體積混凝土的保溫隔熱是養(yǎng)護(hù)混凝土的重要方法，還是提升質(zhì)量的重點(diǎn)。大體積混凝土澆筑結(jié)束后，及時(shí)鋪設(shè)塑料薄膜和潮濕的雙層麻袋片進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土終凝前外表濕潤。高溫環(huán)境下施工時(shí)，要安裝遮陽板，大風(fēng)環(huán)境下施工時(shí)，科學(xué)采取擋風(fēng)措施，且合理灑水養(yǎng)護(hù)，保證施工質(zhì)量。

3.4 做好大體積混凝土的溫度變化分析

根據(jù)實(shí)際溫度的監(jiān)控結(jié)果以及相關(guān)理論分析，橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑內(nèi)外溫差變化的趨勢(shì)主要可以分為升溫、降溫及穩(wěn)定三個(gè)不同階段。在混凝土剛澆筑完成之后，混凝土內(nèi)的水泥水化在很短的時(shí)間內(nèi)完成，且隨著澆筑時(shí)間的延長，整體澆筑溫度逐漸降低，趨于穩(wěn)定。由于混凝土本身的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，很容易導(dǎo)致中心區(qū)域的熱量形成積聚。因此，在前期的時(shí)候需要通過加壓來降低內(nèi)部溫度，保證內(nèi)部熱量的釋放。在混凝土降溫期間，部分區(qū)域混凝土存在溫度梯度，需要采取有效的方法來減少因內(nèi)部存在溫度梯度而產(chǎn)生的應(yīng)力。當(dāng)環(huán)境溫度在30℃左右時(shí)，對(duì)基礎(chǔ)表面采取覆蓋土工布、塑料薄膜等方式養(yǎng)護(hù)，側(cè)面采用薄膜包裹保濕及加強(qiáng)覆蓋抗風(fēng)等措施，減少表面熱量的散失。

4 結(jié)語

引發(fā)大體積混凝土裂縫問題的原因是多方面的，所以，在施工時(shí)，施工單位應(yīng)仔細(xì)查找產(chǎn)生裂縫的原因，并以此為基礎(chǔ)，給予相應(yīng)的防范策略，并且秉持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，從根本上有效化解大體積混凝土的裂縫問題。