公路結(jié)構(gòu)工程大體積砼裂縫成因分析

馮利東

摘要：隨著公路建設(shè)的突飛猛進(jìn)，大體積砼在公路結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用越來越多。施工時(shí)，大體積砼水化熱引起的溫度作用和自身收縮等變形將產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，若施工不當(dāng)就會產(chǎn)生危害性裂縫，直接影響結(jié)構(gòu)物的使用壽命，為此本文對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出一些防治措施，以減少裂縫的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：大體積砼 裂縫 成因分析

1 概述

現(xiàn)在，在公路結(jié)構(gòu)工程中大體積砼已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，那到底什么是大體積砼，其實(shí)是沒有一個(gè)定論的。各國之間的規(guī)定也不盡相同，美國規(guī)定為：“任何現(xiàn)澆砼，只要有可能產(chǎn)生溫度影響的砼均稱為大體積砼”。我國普通砼配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：砼結(jié)構(gòu)物中實(shí)體最小尺寸不小于1m的部位所用的砼即為大體積砼。

大體積砼的特點(diǎn)：公路結(jié)構(gòu)工程中大體積砼與其他砼相比具有砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度高，單方砼水泥用量較大；連續(xù)性整體澆筑要求較高等特點(diǎn)。此外，大體積砼還具有結(jié)構(gòu)厚大、澆筑量大，工程條件復(fù)雜，施工技術(shù)和質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。

2 大體積砼溫度裂縫產(chǎn)生原理

2.1 裂縫種類及成因

裂縫是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象。砼在硬化及承載使用過程中，當(dāng)其“變形要求”超出抵抗變形能力時(shí)，即產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。

砼的裂縫可分為宏觀裂縫和微觀裂縫。裂縫一般以0.05mm為界，大于等于0.05mm的裂縫稱為宏觀裂縫，小于0.05mm的裂縫稱為微觀裂縫。一般情況下，微裂縫對使用無危險(xiǎn)性，因此，下文所述的裂縫控制均指宏觀裂縫，宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。本文主要探討由于溫度變化及收縮等因素引起的變形裂縫。

2.2 大體積砼溫度裂縫的產(chǎn)生原理

在施工期間，大體積砼產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫主要是因?yàn)樗嗨療嵋鸬臏囟茸兓瘜?dǎo)致的。如果大體積混凝土的內(nèi)部矛盾不斷發(fā)展，到一定程度就出現(xiàn)裂縫。而這種矛盾一方面是因?yàn)榛炷羶?nèi)外溫差形成的應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面為了阻止這種應(yīng)變所形成的各種約束。如果溫度應(yīng)力超過了混凝土所能夠承受的極限強(qiáng)度，混凝土就會出現(xiàn)裂縫，這是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要原因，混凝土產(chǎn)生裂縫主要有以下幾方面原因：

2.2.1 水泥水化熱。一般來說在澆筑后的7d左右，在水泥水化過程中會放出大量的熱量，有資料顯示在計(jì)算過程中，如果按照水泥用量是350kg/m3～550 kg/m3，每克水泥放出大約500J的熱量，那m3混凝土就會放出17500KJ～27500KJ的熱量，放出的這些熱量，會直接導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部溫度升高。特別是對于大體積混凝土來說，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的概率更大?；炷恋膬?nèi)部溫度升高，而混凝土的散熱條件在內(nèi)部和表面是不同的，這勢必會形成溫度梯度，壓應(yīng)力和拉應(yīng)力也會分別在混凝土的內(nèi)部和表面產(chǎn)生，一旦表面的拉應(yīng)力超過規(guī)定的范圍，混凝土的表面就會出現(xiàn)裂縫。

2.2.2 砼的收縮。砼收縮是指砼在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象。砼中大約80%的水分都會被蒸發(fā)，其中水泥硬化需要其中的大約20%的水分。砼水化作用后會發(fā)生體積變形，也叫“自身體積變形”，膠凝材料的性質(zhì)對該變形有著決定性的影響，一般來說，大部分的普通水泥混凝土都是收縮變形，只有少數(shù)是膨脹變形。這種自發(fā)變形是不受外力影響的，但是一旦受到外部約束，就會在砼中產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致砼開裂。并且在硬化的初期和后期表現(xiàn)是不一樣的，前者主要是體積變化，后者主要是干縮變形。

2.2.3 外界氣溫變化。在施工階段，外界的溫度變化對大體積混凝土有著直接的影響，因?yàn)榛炷恋臐仓囟葧S著外界氣溫的升高而升高；而當(dāng)外界的溫度下降的時(shí)候，又會增加混凝土的降溫幅度，尤其是在氣溫驟降的天氣，混凝土內(nèi)外的溫度梯度一定會加大，這對于大體積混凝土是非常不利的。混凝土內(nèi)部的溫度是各種溫度疊加在一起的，比如水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱降溫等，而溫度應(yīng)力則是由溫差引起的溫度變形造成的；溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般在60～65℃，并且有較大的連續(xù)時(shí)間（與結(jié)構(gòu)尺寸和澆筑塊體厚度有關(guān)）。在這種情況下，研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過大溫度應(yīng)力，就顯得更為重要。

3 結(jié)論

總之，針對以上指出的大體積砼產(chǎn)生裂縫的原因，在實(shí)際的施工中應(yīng)該采取以下的一些防治措施：

①合理選用水泥品種。大體積砼施工中，選用的水泥最好具備水化熱低、初凝時(shí)間長的特點(diǎn)，并控制水泥用量，一般控制在300kg/m3以下。②摻加外加劑。選用復(fù)合型外加劑和粉煤灰，以減少絕對用水量和水泥用量，延緩凝結(jié)時(shí)間。③注意粗細(xì)集料的選擇。砂選用粗砂，石子選用粒徑為0.5-3.2cm的碎石和卵石。夏季砂、石料堆可設(shè)簡易遮陽棚，必要時(shí)可向骨料噴水降溫。④在砼中敷設(shè)冷卻水管。⑤分層澆筑。如結(jié)構(gòu)工程厚度較厚，一次澆筑砼方量過大時(shí)，在設(shè)計(jì)單位和監(jiān)理單位同意后可分層澆筑，以通過增加表面系數(shù)，利于砼內(nèi)部散熱。⑥加強(qiáng)振搗避開高溫施工。要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求振搗，夏季施工時(shí)盡量避免在12點(diǎn)至14點(diǎn)期間澆筑砼。⑦加強(qiáng)砼的養(yǎng)護(hù)。砼澆筑后要適時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，尤其是體積大，氣溫較高時(shí)尤其注意，防止砼開裂。

參考文獻(xiàn)：

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