路橋施工中大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析及其防裂探究

劉冰

【摘要】在路橋施工中，大體積混凝土在開(kāi)裂之后的性能與未開(kāi)裂原狀混凝土有著較大的差別，主要表現(xiàn)在對(duì)混凝土的耐久性的影響，大體積混凝土裂縫會(huì)嚴(yán)重影響路橋施工建筑結(jié)構(gòu)的安全和耐久。同時(shí)，混凝土開(kāi)裂基本上都發(fā)生在建筑早期，所以及早研究分析裂縫產(chǎn)生的原因并且及時(shí)預(yù)防開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)就成了路橋施工工程的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。本文通過(guò)對(duì)大體積混凝土進(jìn)行初步的了解，深入探討裂縫產(chǎn)生的原因以及影響因素，最后根據(jù)路橋施工工程的特點(diǎn)，研究如何配制強(qiáng)度好、防裂性能高的大體積混凝土，以及如何開(kāi)展有效的大體積混凝土防裂措施。

【關(guān)鍵詞】路橋施工；大體積混凝土；裂縫分析；防裂措施

大體積混凝土裂縫問(wèn)題是當(dāng)前路橋施工中較為普遍的問(wèn)題之一，裂縫會(huì)導(dǎo)致混凝土的耐久性、抗?jié)B性和抗凍性都不同程度地下降，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致建筑體的形變甚至坍塌。根據(jù)對(duì)混凝土強(qiáng)度長(zhǎng)久以來(lái)的研究和大量工程實(shí)踐的證明，建筑結(jié)構(gòu)體的開(kāi)裂現(xiàn)象是不可避免的，任何建筑材料都有可能出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，過(guò)分地追求材料抗裂性只會(huì)加大投資方的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，當(dāng)前的主要工作內(nèi)容是研究分析出混凝土裂縫產(chǎn)生原因，及時(shí)做出防裂措施計(jì)劃預(yù)案，做好大體積混凝土的裂縫控制工作。

一、大體積混凝土的定義及特點(diǎn)

1.1大體積混凝土的定義

在路橋施工工程中，混凝土作為建筑結(jié)構(gòu)的主要建造材料，很大程度上決定著工程項(xiàng)目的成敗。對(duì)大體積混凝土的定義，各個(gè)國(guó)家的專家們眾說(shuō)紛紜，美國(guó)建筑學(xué)會(huì)對(duì)大體積混凝土的規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其體積之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問(wèn)題，以最大限度地減少開(kāi)裂，就稱之為大體積混凝土?！比毡緦W(xué)會(huì)則這樣規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面的最小尺寸在 800mm以上，同時(shí)水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差預(yù)計(jì)超過(guò) 25℃的混凝土，稱之為大體積混凝土?！倍覈?guó)建筑工程界則認(rèn)為：“在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中，一般現(xiàn)澆的連續(xù)墻結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)筑物及設(shè)備基礎(chǔ)等是容易由溫度收縮應(yīng)力引起裂縫的結(jié)構(gòu)，通稱為大體積混凝土結(jié)構(gòu)?！笨偟膩?lái)講，大體積混凝土是一種幾何尺寸較大的檢出材料，與水化熱引起的體積變化現(xiàn)象、開(kāi)裂現(xiàn)象有關(guān)。

1.2大體積混凝土的特點(diǎn)

大體積混凝土最開(kāi)始用于水利工程建設(shè)，例如二十世紀(jì)三十年代美國(guó)建造的大苦果重力壩。我國(guó)近些年也開(kāi)始大力發(fā)展水利工程建設(shè)，三峽大壩成為了代表性建筑。水利工程的建造需要大量混凝土的澆筑，如美國(guó)的大苦果重力壩，一共澆筑了約250萬(wàn)立方米的混凝土。路橋施工中的大體積混凝土與水利工程有較大差別，主要受到工程規(guī)模、建筑結(jié)構(gòu)、混凝土類型等方面的影響。相對(duì)于水利工程所用的混凝土而言，路橋工程所用的混凝土體積較小、強(qiáng)度高、水泥用量較大。同時(shí)，路橋工程中的大體積混凝土與一般混凝土也具有一定差別，主要表現(xiàn)為體積大、澆筑量多、配制條件復(fù)雜，大體積混凝土對(duì)強(qiáng)度、耐久度的要求也比較高。

二、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因以及影響因素

通過(guò)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，路橋施工中大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因主要是建筑體重混凝土內(nèi)部的水化熱現(xiàn)象、外界氣溫變化以及混凝土干縮變形所帶來(lái)的影響。

2.1水化熱影響

水化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量熱量，受到大體積混凝土形態(tài)的影響，以及較低的導(dǎo)熱性能，使得大量水化熱被聚集在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部并且難以將熱量散發(fā)。久而久之，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部溫度過(guò)高，而當(dāng)該溫度下的溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)體表面就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。實(shí)踐證明：大體積混凝土內(nèi)外溫差。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：大體積混凝土結(jié)構(gòu)體內(nèi)外溫度相差25攝氏度以上時(shí)，混凝土便會(huì)開(kāi)裂。單位體積混凝土內(nèi)的水泥用量越大，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部早期水化累計(jì)的熱量就越多；而原料水泥越細(xì)，混凝土的強(qiáng)度越高。

2.2內(nèi)外溫差影響

路橋施工過(guò)程中，外界氣溫變化是難免的，人們無(wú)法完全控制整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)體的外界氣溫。外界氣溫決定混凝土的澆筑溫度，而氣溫一定會(huì)下降，這時(shí)混凝土便會(huì)有一個(gè)降溫幅度。尤其是驟降時(shí)，這種降溫幅度現(xiàn)象就會(huì)更加明顯，使得混凝土處在一個(gè)極為不利的氣溫環(huán)境下。

混凝土內(nèi)部的溫度主要是由水泥水化熱產(chǎn)生的，澆筑溫度值和結(jié)構(gòu)體的自身散熱降溫值等各種溫度值相加。由溫差引起的溫度形變，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，因此，溫差的大小決定著溫度應(yīng)力的大小。而高溫條件下的大體積混凝土散熱效果差，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般在 65攝氏度左右，同時(shí)伴有較大的連續(xù)時(shí)間（與結(jié)構(gòu)體體積和澆筑體形狀有關(guān)）。在這種情下，通過(guò)合理的混凝土內(nèi)外溫差控制措施，應(yīng)盡可能降低由混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

2.3混凝土收縮變形影響

一般混凝土形成過(guò)程中，大部分水分是要蒸發(fā)出去的，剩下的小部分水分為水泥硬化需要。同時(shí)混凝土還會(huì)發(fā)生兩種形變，收縮形變和膨脹形變，這主要是由混凝土材料的性質(zhì)決定的，我們稱之為“自身體積變形”，而收縮形變占大多數(shù)。就目前混凝土研究情況而言，人們?nèi)绻梢钥刂苹炷僚蛎浶巫儸F(xiàn)象的產(chǎn)生，就有可能改善甚至解決混凝土開(kāi)裂問(wèn)題。

混凝土中的水分蒸發(fā)是引起收縮變形的主要原因，并且伴隨著混凝土的開(kāi)裂現(xiàn)象?；炷恋氖湛s變形機(jī)理較為復(fù)雜，主要可能是由于內(nèi)部孔隙水蒸發(fā)變化時(shí)引起的毛細(xì)管引力導(dǎo)致收縮變形。同時(shí)收縮變形是可逆的，將收縮形變的混凝土處于水飽和狀態(tài)，體積還會(huì)恢復(fù)到收縮前狀態(tài)。但是這種可逆現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致混凝土體積的交替變化，將促進(jìn)混凝土裂縫的產(chǎn)生。

三、大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施

根據(jù)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因以及影響因素，應(yīng)該從控制混凝土的內(nèi)外溫差、控制水化熱引起的溫升、減緩混凝土降溫速度和收縮形變、最大程度上減少混凝土的溫度應(yīng)力、提高抗拉強(qiáng)度以及保溫等方面采取有力措施。主要如下：

3.1混凝土原材料的控制

在原材料的選擇上，應(yīng)選擇低熱或中熱的水泥品種，最大程度上控制水化熱引起的溫升，從而降低溫度應(yīng)力，此方法是也是恐致癌混凝土溫升最根本的方法。一般采用P.042.5普通硅酸鹽水泥作為原材料，同時(shí)要注意水泥制作中的一些關(guān)鍵注意點(diǎn)。

3.2混凝土內(nèi)外溫度的控制

控制混凝土內(nèi)外溫差即控制混凝土中心和表體、混凝土表面和外界氣溫之間的溫差不得超過(guò)25攝氏度。在混凝土施工之前要計(jì)算混凝土內(nèi)外的溫度極值，估算可能的溫度應(yīng)力，采取相應(yīng)措施。例如控制澆筑混凝土的出機(jī)溫度、內(nèi)外溫差過(guò)高時(shí)要使用保溫罩等等。

3.3混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)

當(dāng)路橋工程混凝土澆筑完成后、在混凝土外露表面用塑料膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，同時(shí)覆蓋保溫罩。保溫罩一般分為兩層，外層為防水布、內(nèi)層為保溫板，保溫罩應(yīng)一直處于密封狀態(tài)，待溫差低于20攝氏度時(shí)，方可去除保溫罩。這種護(hù)養(yǎng)方法可有效減緩混凝土裂縫的產(chǎn)生。

結(jié)束語(yǔ)

隨著路橋工程項(xiàng)目的高速發(fā)展，對(duì)大體積混凝土的質(zhì)量要求也隨之增高，如何緩解混凝土的開(kāi)裂問(wèn)題一直是路橋施工過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)混凝土裂縫現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，針對(duì)水化熱和內(nèi)外溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，嚴(yán)格控制好混凝土的配制和保養(yǎng)步驟，采取切實(shí)有效的大體積混凝土防裂措施成了路橋施工中的關(guān)鍵。

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