市政工程大体积混凝土裂缝的预防探析

[来源：【官网】中国绿色市政市容网][发布日期：21-05-05]

随着市政工程建设发展的日新月异，大体积混凝土越来越多的应用在市政工程中，如市政桥梁工程、城市高架路工程、给排水沉井工程等等。其主要特点是体积大，表面小，水泥水化热释放较集中，内部温升较快，当混凝土内外温差较大时，就会产生裂缝，影响结构安全和正常使用，所以大体积混凝土裂缝的控制和预防一直是混凝土施工的重点和难点，笔者就大体积混凝土裂缝的分类、产生原因、预防措施等作以简要探析。
一、大体积混凝土裂缝的分类及危害程度
大体积混凝土出现的裂缝按深度不同，可分为三种：表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝。
1、表面裂缝主要是由于温度变化产生的裂缝，一般危害性较小，但影响外观质量。
2、深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构耐久性产生一定危害。
3、贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝，它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害程度最为严重。
二、大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土裂缝的产生主要有以下五个方面的原因：
1、水泥水化热的影响
水泥在水化过程中产生了大量的热量，因而使混凝土内部的温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度越高。
2、外界气温变化的影响
混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇注温度和散热温度三者的叠加，当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯差，产生温差和温度应力，使混凝土产生裂缝。
3、混凝土收缩变形的影响
混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干燥受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。
4、内外约束条件的影响
混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀受到约束而产生压应力。当温度下降，则产生较大的拉应力。另外，混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。若拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会产生裂缝。
5、混凝土沉陷的影响
支撑模板的支架、支撑等变形下沉过大，会引发混凝土结构裂缝，过早拆除模板支架易使未达到强度的混凝土结构发生裂缝和破损。
三、大体积混凝土裂缝的控制措施
大体积混凝土裂缝的控制主要从原材料及配合比、浇筑及振捣、养护等三个方面采取相应措施。
1、合理优化控制原材料及配合比
（1）应选用水化热较低的水泥，以降低水泥水化所产生的热量，从而控制大体积混凝土温度的升高，避免产生较大的温差应力。比较常用的水化热较低的水泥有火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、低热微膨胀水泥、大坝水泥等。
（2）严格控制骨料的级配及含泥量。如果含泥量过大，会增加混凝土的收缩，引起混凝土抗拉强度的降低，致使混凝土开裂。
（3）在保证强度的情况下，尽可能降低水灰比，减少水泥的用量，以减少水泥的水化热。
（4）采用大块石集料配制，毛石尺寸控制在150毫米左右，但总量不宜超过混凝土体积的25%.（5）选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善混凝土的性能，延长混凝土的凝结时间。
（6）控制好混凝土的塌落度，不宜过大，一般在120+-20毫米即可。
（7）夏季高温施工时，采用冰水降低粗骨料的温度，或用冰水拌合混凝土，将混凝土的入模温度控制在25度以下。
2、分层浇筑及振捣措施
实际施工中常采取分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性。选择浇筑方案时，除应满足每一处混凝土在初凝前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用的方法有以下几种：（1）全面分层。即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。这种方案适用于结构平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。
（2）分段分层。混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。
（3）斜面分层。要求斜面坡度不大于1/3，适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上。
3、养护措施
大体积混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内外温差，促进混凝土强度正常发展的同时，防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土开裂。
（1）混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的温差均应控制在20度以下，当混凝土具有足够的抗裂能力时，温差不大于25~30度。
（2）采用内部降温法降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行。我国三峡大坝工程就是采用了这种方法。
（3）保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。
（4）根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响。大体积混凝土湿润养护时间应符合下列规定：当采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥时，不少于14天； 当采用火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、低热微膨胀水泥、矿渣硅酸大坝水泥、现场掺粉煤灰水泥等时，不少于21天。同时要注意夏季高温期湿润养护时间均不得少于28天。
大体积混凝土结构的裂缝控制直接关系到混凝土结构的使用性能，如何采取更好的方法来降低混凝土的水化热，原材料的用量及配合比该如何控制，原材料的温度是否可以再降低，采用更实用可靠的养护措施等等，这些都有待于在施工实践中进一步积累经验，采取有效措施，使大体积混凝土的开裂问题能得到更好的解决，以使大体积混凝土能够更广泛地应用到市政工程中。（来源：中国市政工程网）