摘要:本文闡述了市政橋梁等工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的一般概念，對其裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，提出相應(yīng)的裂縫控制的設(shè)計措施。
　　關(guān)鍵詞:橋梁；大體積混凝土；裂縫；成因；措施
　　1 大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的概念
　　大體積混凝土不同的國家定義不同。我國《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50204—2002)認(rèn)為,建筑物的基礎(chǔ)最小邊尺寸在1m～3m范圍內(nèi)就屬大體積混凝土。
　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大,裂縫一般在混凝土澆注短期內(nèi)形成,此時設(shè)計荷載尚未作用于結(jié)構(gòu)上,因此由外荷載引起裂縫的可能性很小。但由于水泥的水化作用是放熱反應(yīng),大體積混凝土自身又具有一定的保溫性能,因此其內(nèi)部溫升幅度較其表層的溫升幅度要大得多,而在混凝土升溫峰值過后的降溫過程中,內(nèi)部降溫速度又比其表層慢得多,在這些過程中,混凝土各部分的溫度變形及由于其相互約束及外界約束的作用而在混凝土內(nèi)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力是相當(dāng)復(fù)雜的。一旦溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時,混凝土就會出現(xiàn)裂縫。
　　2 裂縫產(chǎn)生的原因
　　2.1水泥水化熱
　　水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的7d左右，大量的水泥水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高，在表面引起拉應(yīng)力；后期在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或表面已經(jīng)凝固的混凝土的約束，因降溫收縮的混凝土又會在內(nèi)部引起拉應(yīng)力，尤其對于大體積混凝土來講，混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，內(nèi)部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化，這種內(nèi)外溫差巨大的現(xiàn)象更加嚴(yán)重，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。
　　2.2混凝土的收縮
　　混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力的情況下這種自發(fā)變形不會產(chǎn)生應(yīng)力，但在受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），變形受限，在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。
　　2.3外界氣溫濕度變化的影響
　　澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會造成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。
　　3裂縫控制的有效措施
　　大體積混凝土的裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性，危害嚴(yán)重,必須加以控制,大體積開裂主要是水化熱使混凝土溫度升高引起的,所以采用適當(dāng)措施控制混凝土溫度升高和溫度變化速度,在一定范圍內(nèi),就可避免出現(xiàn)裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程,包括選擇混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養(yǎng)護(hù)保溫等。
　　3.1優(yōu)選混凝土各種原材料
　　3.1.1水泥的選擇
　　理論研究表明大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。因此在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用低熱或者中熱的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥,并盡量降低混凝土中的水泥用量,以降低混凝土的溫升,提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強(qiáng)度和坍落度不受損失,可適度增加活性細(xì)摻料替代水泥。
　　3.1.2骨料的選擇
　　在選擇粗骨料時,可根據(jù)施工條件,盡量選用粒徑較大、質(zhì)量優(yōu)良、級配良好的石子。既可以減少用水量,也可以相應(yīng)減少水泥用量,還可以減小混凝土的收縮和泌水現(xiàn)象。在選擇細(xì)骨料時,采用平均粒徑較大的中粗砂,從而降低混凝土的干縮,減少水化熱量,對混凝土的裂縫控制有重要作用。
　　3.1.3摻加外加料和外加劑
　　摻加適量粉煤灰,可減少水泥用量,從而達(dá)到降低水化熱的目的。但摻量不能大于30%。摻加適量的減水劑它可有效地增加混凝土的流動性,且能提高水泥水化率,增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度,從而可降低水化熱,同時可明顯延緩水化熱釋放速度。
　　3.2設(shè)計優(yōu)化措施
　　3.2.1精心設(shè)計混凝土配合比
　　在保證混凝土具有良好工作性的情況下,應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)、二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)、一高(高粉煤灰摻量)”的設(shè)計準(zhǔn)則,生產(chǎn)出高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。
　　3.2.2增配構(gòu)造筋提高抗裂性能
　　配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中,在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。
　　3.3施工控制措施
　　3.3.1大體積混凝土的施工
　　入模溫度的高低,與出機(jī)溫度密切相關(guān),另外還與運(yùn)輸工具、運(yùn)距、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。混凝土施工包括混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑及表面保護(hù),是預(yù)防大體積混凝土溫度裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而熱應(yīng)力的控制手段主要是控制混凝土的內(nèi)外溫差△T:
　　△T=Tp+Tr-Tf
　　式中:Tp—起始澆筑溫度;
　　Tr—水泥水化溫升;
　　Tf—天然或人工冷卻后澆筑塊的穩(wěn)定溫度。
　　在溫度較高的情況下進(jìn)行施工,我們一定要注意降低混凝土澆筑時的溫度。可以在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋,以減少陽光對其的輻射,同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。以上這些措施都可以有效的降低混凝土的入模溫度。在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水,采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù),以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。混凝土表面應(yīng)該覆蓋一些織物進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù),這樣不但可以降低混凝土內(nèi)外溫差,防止表面產(chǎn)生裂縫,還可以防止混凝土驟然降溫產(chǎn)生貫穿裂縫,并且可以使水泥順利水化,防止產(chǎn)生濕度裂縫。為了及時掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度變化值,可以在混凝土內(nèi)埋設(shè)一定量的測溫點(diǎn),從而可以更好的了解混凝土的溫度變化情況,一旦內(nèi)外溫差超過允許值25℃,好及時采取措施。
　　如果是在冬季進(jìn)行施工,因為要防止早期混凝土被凍問題,所以要求混凝土澆筑時應(yīng)該具有較高的澆筑溫度。但另一方面,正由于天氣寒冷,混凝土穩(wěn)定溫度一定較低,往往超過允許溫差,達(dá)不到防止混凝土裂縫的要求。所以,混凝土澆筑溫度在冬季施工時一般以5℃～10℃為宜,在澆筑混凝土以前還應(yīng)該對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱,對原材料應(yīng)視氣溫高低進(jìn)行加熱。加熱石料時應(yīng)避免過熱和過分干燥,最高溫度不應(yīng)超過75℃。另外還要注意運(yùn)輸中的保溫、澆筑過程中減少熱量的損失以及保溫養(yǎng)護(hù)。
　　3.3.2大體積混凝土的裂縫檢查與處理
　　嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度,一次澆注的混凝土不可過高、過厚,以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實(shí),嚴(yán)格控制振搗時間,移動距離和插入深度,嚴(yán)防漏振及過振。對于混凝土裂縫,應(yīng)以預(yù)防為主,為此需要精心設(shè)計、施工,但是由于目前采用的防止裂縫的安全系數(shù)較小,而實(shí)際情況又復(fù)雜多變,所以實(shí)際工程中還是難免出現(xiàn)一些裂縫。大體積混凝土的裂縫分為三種:表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫。對于表面裂縫因為其對結(jié)構(gòu)應(yīng)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(fēng)鎬、風(fēng)鉆或人工將裂縫鑿除,至看不見裂縫為止,鑿槽斷面為梯形再在上面澆筑混凝土。限裂鋼筋,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(shè)1層～2層的鋼筋后再繼續(xù)澆筑新混凝土。對比較嚴(yán)重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學(xué)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(yīng)采取化學(xué)灌漿。化學(xué)灌漿材料一般使用環(huán)氧-糠醛丙酮系等漿材。
　　3.3.3混凝土溫度控制、監(jiān)測與養(yǎng)生
　　(1)溫度控制、監(jiān)測。為降低大體積混凝土的水化熱,在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水,采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù),以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。為能夠較準(zhǔn)確地測量出混凝土內(nèi)部溫度,在混凝土中預(yù)埋測溫管,用水銀溫度計測溫。上下層溫差控制在15℃～20℃之內(nèi)。根據(jù)各測點(diǎn)的溫度,可及時繪制出混凝土內(nèi)部溫度變化曲線,對照混凝土理論計算值,分析存在的問題,有的放矢地采取相應(yīng)的技術(shù)措施。
　　(2)混凝土養(yǎng)護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工中一項十分關(guān)鍵的工作。主要是保持適宜的溫度和濕度,以便控制混凝土的內(nèi)外溫差,促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。在盡量減小混凝土內(nèi)部溫升的前提下,大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)是一項關(guān)鍵工作,必須切實(shí)做好。養(yǎng)護(hù)主要是保持適宜的溫度和濕度條件,保溫的目的有兩個,一是減小混凝土表面的熱擴(kuò)散,減小混凝土表面的溫度梯度,防止產(chǎn)生表面裂縫;二是延長散熱時間,充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料松馳特性,使平均總溫差對混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,防止產(chǎn)生貫穿性裂縫。潮濕養(yǎng)護(hù)的作用:一是剛澆筑不久的混凝土,尚處在凝固硬化階段,水化的速度較快,適宜的潮濕條件可防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫;二是混凝土在保溫(25℃～40℃)及潮濕條件下可使水泥的水化作用順利進(jìn)行,提高混凝土的極限拉伸和抗拉強(qiáng)度,使早期抗拉能力增長很快。在施工過程中正確規(guī)定拆模時間對防止裂縫的開展關(guān)系較大,早期因水泥水化熱使混凝土內(nèi)部濕度很高,如過早拆模,混凝土表面溫度較低,形成很陡的溫度梯度,產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,這對于早期強(qiáng)度低,極限拉伸小的混凝土處于不利的溫度條件下,就極易形成裂縫。因此大體積混凝土除要求強(qiáng)度外,還必須防止內(nèi)外溫差太大而引起裂縫。
　　(3)健全施工組織管理。在制訂技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施的同時,還需落實(shí)組織指揮系統(tǒng),逐級進(jìn)行技術(shù)交底,做到層層落實(shí),確保順利實(shí)施。
　　4結(jié)束語
　　通過實(shí)踐證明,在優(yōu)化配合比設(shè)計,改善施工工藝,提高施工質(zhì)量,做好溫度監(jiān)測工作及加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等方面采取有效技術(shù)措施,堅持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織管理,完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生。