市政工程大體積混凝土裂縫產生的原因分析和預防措施

唐炳根

【摘要】本文分析了市政工程大體積混凝土裂縫產生的原因，并對大體積混凝土裂縫的控制與預防措施進行了重點闡述。

【關鍵詞】市政工程；大體積；混凝土；原因；措施

進入新時期，我國的基礎設施建設在快速的發展，大體積混凝土施工在日益增多，在施工過程中不可避免的會出現混凝土裂縫問題。而導致大體積混凝土裂縫的原因比較多，其中主要的有混凝土體積大、混凝土內外散熱不均勻以及內外受力不同等原因引起的。大體積混凝土裂縫的出現，將從一定程度上影響市政工程結構的持久性與耐用性，由此可見，采取切實可行的預防措施對維持市政工程建筑的質量意義重大。

一、 市政工程大體積混凝土裂縫產生的原因

1、 混凝土收縮變形的影響

混凝土中有將近80%的水分會蒸發，而大約20%的水分是水泥硬化過程中所必備的。需要我們明確意識到的一點是混凝土中最初蒸發的30%的水分是不會導致混凝土收縮的，隨著混凝土水分的不斷干燥會有20%的水分溢出，而這20%的水分不像最初30%的水分，它是會引起混凝土干燥收縮的，而混凝土干燥原理表明，表層混凝土干燥的越快、其中心混凝土干燥的會越慢。而混凝土收縮變形就是因為表面混凝土干燥受到中心混凝土干燥的約束所引起的，其本質的原因是由于表面產生拉應力而引起裂縫。

2、 外界氣溫濕度變化的影響

外界氣溫的變化對混凝土裂縫產生有重要的影響，而混凝土施工過程中必然會受到外界氣溫以及濕度的影響，施工過程中應對氣溫重點關注。通過對混凝土內部溫度來源進行分析，我們能夠發現澆筑溫度、結構散熱溫度以及水泥水化熱溫升等均為內部溫度的重要組成部分。澆筑溫度與外界的氣溫有著必然的聯系，外界氣溫越高，混凝土內部的澆筑溫度也就越高，相反如若外界的氣溫相對比較低，那么混凝土內部的溫度也比較低。需要我們特別關注的一點是如若溫度下降的過快，那么混凝土內部所產生的溫度應力也會越大，此種情況下極易導致混凝土的開裂。

3、 水泥水化熱的影響

水泥在水化過程中會釋放出大量熱量，因而會造成混凝土內部氣溫的上升，內部氣溫的不斷上升勢必會與表面氣溫產生溫差，如若溫差過大或者超出一定的界限，就會產生溫度應力，進而導致混凝土裂縫的產生。在此，需要我們注意的一點是溫度應力與溫差是正比例的關系，也就是溫差越大，相應的溫度應力也就越大，當溫度應力超過混凝土所能承受的約束力時，裂縫便隨之產生，從而影響混凝土工程結構的質量和安全。

4、 受內外約束條件的影響

混凝土受內外約束條件的影響主要是指混凝土受溫度的影響而產生的不同壓力。從具體分析看來，混凝土溫度的上升，混凝土內部會膨脹，而所產生的膨脹在內部約束的影響下會產生壓應力。如若溫度不是上升，是下降的話，那么混凝土內部將不是膨脹，而是會產生比較大的拉應力。

二、 大體積混凝土裂縫的控制與預防措施

1、 合理選擇水泥品種與控制水泥用量

長期的工程發展實踐表明，水泥水化過程中釋放了大量的熱量，內部溫度的不斷上升，致使混凝土內部出現了溫差，進而產生裂痕，是大體積混凝土出現裂縫的主要原因之一。市政工程建設過程中，水泥品種的選擇與用量極為重要，不同品種的水泥所產生的水化熱是不盡相同的，而水化熱的大小、速度是由水泥內礦物的成分所決定的。研究調查顯示，水泥礦物中，發熱量最大、發熱速率最快均為鋁酸三鈣，像鐵鋁酸四鈣、硅酸二鈣等也是發熱量與發熱速率比較大的物質。水泥發熱速率與發熱量不僅僅與水泥所含的成分有關，而且還與水泥顆粒物的大小、粗細有密切的聯系。若水泥顆粒物越細，水泥的發熱速率會越快，伴隨著水化熱對水泥裂縫的影響也會越大。

2、骨料的選擇與控制

如果施工部位或者構件允許，在骨料的選擇上應該選取顆粒比較大的碎石，碎石的強度要高，同時要合理搭配，使碎石骨料有科學合理的連續級配。使大體積混凝土達到較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少大體積混凝土凝結過程中的干縮變形，達到預防混凝土裂縫的目的。

3、添加一定劑量的外加劑

當前，市政工程大體積混凝土工程施工過程中往往都會添加一定劑量的外加劑。長期的建筑實踐表明，粉煤灰作為外加劑添加到混凝土中，從一定程度上不僅能夠改善混凝土得和易性和密實度，還能夠提高混凝土的抗滲能力、降低混凝土收縮徐變。除了粉煤灰外，目前建筑工程中較常用的外加劑是UFA膨脹劑，它的使用能使混凝土內部產生一定的膨脹，這種膨脹，一方面能夠保證混凝土的密實度，另一方面也能夠在混凝土內部產生壓力，進而抵消混凝土內部部分的拉應力。

4、施工階段裂縫的預防和控制

夏季施工是在溫度較高的情況下進行施工，再加上水泥水化熱對混凝土的影響，使得溫度變形尤為突出，為了減少溫度對混凝土的影響，我們要盡量降低混凝土的澆筑溫度。采取的具體措施，在施工現場對砂、石原材料用篷布覆蓋，避免陽光照射使溫度過高，同時也可以去除表層材料，用下面的溫度較低的材料。攪拌混凝土時盡量使用溫度較低的水，以上這些措施都可以有效的降低混凝土的入模溫度，從而減小溫度變形。

混凝土養護時，混凝土表面應該覆蓋較厚的保溫保水的材料進行保溫，根據天氣情況和覆蓋材料的濕潤程度，及時灑水進行保濕養護，使外界高溫對混凝土的凝固過程盡量不產生過大的影響，防止表面產生裂縫，還可以防止混凝土驟然降溫產生貫穿裂縫，并且還可以使水泥順利水化，防止產生濕度裂縫。

冬季進行施工，因為要防止早期混凝土初凝過程中被凍問題，進而導致混凝土質量下降，所以要求混凝土澆筑時應該具有一定的澆筑溫度，最好高于外界氣候溫度。混凝土澆筑溫度在冬季施工時一般以10℃左右為宜，在澆筑混凝土以前還應該對基礎及澆筑混凝土接觸的冷壁用蒸汽預熱，對原材料應視氣溫高低進行加熱。

5、混凝土裂縫檢查與處理

對于混凝土裂縫，應以預防為主，為此需要科學合理的進行設計，精心的組織施工，但是由于目前采用的防止裂縫的安全系數較小，而實際情況又復雜多變，所以實際工程中還是難免出現一些裂縫。大到三峽工程大壩中，小到一般基礎都出現過裂縫。根據裂縫的深度和危害性，大體積混凝土的裂縫基本上有以下三種：表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫。對于表面裂縫因為其對結構應力、耐久性和安全基本沒有影響，一般不作處理。對深層裂縫和貫穿裂縫可以采取鑿除裂縫，可以用風鎬、風鉆或人工將裂縫部位鑿除，直到看不見裂縫為止，鑿槽斷面為梯形再在上面澆筑混凝土。加設鋼筋網片，在處理較深的裂縫時，一般是在混凝土已充分冷卻后，在裂縫上鋪設1～2層的鋼筋后再繼續澆筑混凝土。對比較嚴重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5mm以上時，對于裂縫寬度小于0.5mm時應采取化學灌漿。化學灌漿材料一般使用環氧-糠醛丙酮系等漿材。

三、 結語：

大體積混凝土結構的裂縫控制與預防將會直接影響工程的穩定性和持久性，如何采取有效的措施來降低混凝土內部的水化熱以及裂縫現象的產生，已成為當前施工管理者面臨的重大課題之一。實施相應的養護措施、合理選擇水泥的品種與控制水泥用量、添加一定的外加劑等措施能夠有效的解決混凝土裂縫的產生率，大體積混凝土工程施工中需要我們認真貫徹這些措施。

參考文獻：

【1】王明磊.《大體積混凝土施工裂縫的預防與補救措施研究》.長安大學，2010-05-04

【2】高向東.《大體積混凝土裂縫預控系統的研究》.長安大學，2009-05-20