路橋施工中大體積混凝土裂縫產生原因分析及其防裂探究

劉冰

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

【關鍵詞】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題是當前路橋施工中較為普遍的問題之一，裂縫會導致混凝土的耐久性、抗?jié)B性和抗凍性都不同程度地下降，嚴重的還會導致建筑體的形變甚至坍塌。根據(jù)對混凝土強度長久以來的研究和大量工程實踐的證明，建筑結構體的開裂現(xiàn)象是不可避免的，任何建筑材料都有可能出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，過分地追求材料抗裂性只會加大投資方的經濟負擔。因此，當前的主要工作內容是研究分析出混凝土裂縫產生原因，及時做出防裂措施計劃預案，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

1.1大體積混凝土的定義

在路橋施工工程中，混凝土作為建筑結構的主要建造材料，很大程度上決定著工程項目的成敗。對大體積混凝土的定義，各個國家的專家們眾說紛紜，美國建筑學會對大體積混凝土的規(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題，以最大限度地減少開裂，就稱之為大體積混凝土?！比毡緦W會則這樣規(guī)定：“結構斷面的最小尺寸在 800mm以上，同時水化熱引起的混凝土內最高溫度與外界氣溫之差預計超過 25℃的混凝土，稱之為大體積混凝土?！倍覈ㄖこ探鐒t認為：“在工業(yè)與民用建筑結構中，一般現(xiàn)澆的連續(xù)墻結構、地下構筑物及設備基礎等是容易由溫度收縮應力引起裂縫的結構，通稱為大體積混凝土結構。”總的來講，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、開裂現(xiàn)象有關。

1.2大體積混凝土的特點

大體積混凝土最開始用于水利工程建設，例如二十世紀三十年代美國建造的大苦果重力壩。我國近些年也開始大力發(fā)展水利工程建設，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，如美國的大苦果重力壩，一共澆筑了約250萬立方米的混凝土。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、建筑結構、混凝土類型等方面的影響。相對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、強度高、水泥用量較大。同時，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、配制條件復雜，大體積混凝土對強度、耐久度的要求也比較高。

二、大體積混凝土裂縫產生的原因以及影響因素

通過大量實踐經驗證明，路橋施工中大體積混凝土裂縫產生的原因主要是建筑體重混凝土內部的水化熱現(xiàn)象、外界氣溫變化以及混凝土干縮變形所帶來的影響。

2.1水化熱影響

水化過程會產生大量熱量，受到大體積混凝土形態(tài)的影響，以及較低的導熱性能，使得大量水化熱被聚集在混凝土結構內部并且難以將熱量散發(fā)。久而久之，結構體內部溫度過高，而當該溫度下的溫度應力超過混凝土的抗拉強度時，結構體表面就會產生開裂現(xiàn)象。實踐證明：大體積混凝土內外溫差。通過大量實驗數(shù)據(jù)表明：大體積混凝土結構體內外溫度相差25攝氏度以上時，混凝土便會開裂。單位體積混凝土內的水泥用量越大，結構體內部早期水化累計的熱量就越多；而原料水泥越細，混凝土的強度越高。

2.2內外溫差影響

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

混凝土內部的溫度主要是由水泥水化熱產生的，澆筑溫度值和結構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，從而產生溫度應力，因此，溫差的大小決定著溫度應力的大小。而高溫條件下的大體積混凝土散熱效果差，混凝土內部的最高溫度一般在 65攝氏度左右，同時伴有較大的連續(xù)時間（與結構體體積和澆筑體形狀有關）。在這種情下，通過合理的混凝土內外溫差控制措施，應盡可能降低由混凝土內外溫差引起的溫度應力。

2.3混凝土收縮變形影響

一般混凝土形成過程中，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。同時混凝土還會發(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，人們如果可以控制混凝土膨脹形變現(xiàn)象的產生，就有可能改善甚至解決混凝土開裂問題。

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裂現(xiàn)象。混凝土的收縮變形機理較為復雜，主要可能是由于內部孔隙水蒸發(fā)變化時引起的毛細管引力導致收縮變形。同時收縮變形是可逆的，將收縮形變的混凝土處于水飽和狀態(tài)，體積還會恢復到收縮前狀態(tài)。但是這種可逆現(xiàn)象會導致混凝土體積的交替變化，將促進混凝土裂縫的產生。

三、大體積混凝土裂縫的預防措施

根據(jù)大體積混凝土裂縫產生的原因以及影響因素，應該從控制混凝土的內外溫差、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力、提高抗拉強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，同時要注意水泥制作中的一些關鍵注意點。

3.2混凝土內外溫度的控制

控制混凝土內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25攝氏度。在混凝土施工之前要計算混凝土內外的溫度極值，估算可能的溫度應力，采取相應措施。例如控制澆筑混凝土的出機溫度、內外溫差過高時要使用保溫罩等等。

3.3混凝土澆筑后的養(yǎng)護

當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，同時覆蓋保溫罩。保溫罩一般分為兩層，外層為防水布、內層為保溫板，保溫罩應一直處于密封狀態(tài)，待溫差低于20攝氏度時，方可去除保溫罩。這種護養(yǎng)方法可有效減緩混凝土裂縫的產生。

結束語

隨著路橋工程項目的高速發(fā)展，對大體積混凝土的質量要求也隨之增高，如何緩解混凝土的開裂問題一直是路橋施工過程中最重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)混凝土裂縫現(xiàn)象產生的原因，針對水化熱和內外溫差產生的溫度應力，嚴格控制好混凝土的配制和保養(yǎng)步驟，采取切實有效的大體積混凝土防裂措施成了路橋施工中的關鍵。

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