道路橋梁施工大體積混凝土裂縫成因及防治分析

汪文淑 （安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

大體積混凝土在現(xiàn)代工程建設(shè)中具有非常重要的作用，無論是在橋梁大壩、建筑物還是地下室等大型施工當(dāng)中，都需要使用混凝土來進行澆筑?！镀胀ɑ炷僚浜媳仍O(shè)計規(guī)程》對大體積混凝土進行了說明。具體來看，應(yīng)該在了解混凝土物理力學(xué)性質(zhì)的技術(shù)上結(jié)合工程實踐，不斷總結(jié)，在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上進行完善和創(chuàng)新。

1 大體積混凝土裂縫類型

1.1 溫度裂縫

溫度裂縫是隨著溫度的變化產(chǎn)生混凝土膨脹收縮變形。尤其是在施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，早期裂縫形成的可能性相對較高，按照深度可以劃分為表面裂縫、深層裂縫與貫穿裂縫。其中貫穿裂縫影響程度大，切斷結(jié)構(gòu)斷面的同時還破壞了結(jié)構(gòu)的整體性。通常來說，由溫度收縮應(yīng)力引起的裂縫不會對結(jié)構(gòu)物的承載能力產(chǎn)生嚴重影響。但大體積混凝土水泥用量較多，水泥水化熱產(chǎn)生的溫度變化也導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

1.2 微裂縫

微裂縫類型包含3種：一是粘著裂縫，即水泥粘接面區(qū)域產(chǎn)生的裂縫，以集料周圍居多；二是水泥石裂縫，即集料與集料之間出現(xiàn)的水泥漿裂縫；三是集料本身的裂縫。由于微裂縫分布并不規(guī)則，沿截面而非貫穿，具有微裂縫的混凝土可以承受一定的拉力，但是在結(jié)構(gòu)某些受拉力較大的薄弱環(huán)節(jié)，微裂縫在拉力作用下很容易導(dǎo)致早期斷裂產(chǎn)生。微裂縫的存在同樣也對混凝土基本性質(zhì)與強度、剛度產(chǎn)生一定的影響。按照構(gòu)造理論模型計算方式，水泥石出現(xiàn)收縮變形引起內(nèi)應(yīng)力也是微裂縫產(chǎn)生的一大因素。

2 大體積混凝土裂縫的成因分析

2.1 混凝土自身因素

混凝土的體積、收縮、骨料添加情況與混凝土所用材料都是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因。體積方面，混凝土澆筑工作結(jié)束之后，成型硬化前就出現(xiàn)了早期收縮情況，且混凝土產(chǎn)生干燥收縮、水化收縮時也會因為溫度的變化產(chǎn)生變化[1]。

混凝土中的水泥基體與骨料接觸面產(chǎn)生的界面具有特殊性能，也是混凝土結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。骨料界面處通常會因為氣孔的存在導(dǎo)致結(jié)構(gòu)酥松，尤其是荷載作用之下，骨料和水泥石會因為彈性模量的差異導(dǎo)致變形不一致，界面區(qū)域的薄弱連接讓混凝土的性能出現(xiàn)了顯著降低。此外，需要重點關(guān)注的問題在于水泥和水的配比情況，不同的水泥類型、水泥用量所拌制的混凝土在強度與收縮值上也會產(chǎn)生一定的差異。一般情況下，礦渣硅酸鹽水泥混凝土的收縮值更大。而收縮值與強度與水的性質(zhì)也有關(guān)，水量較多時，混凝土收縮值也會隨之提升，水表面張力越小，干縮值也越小。

2.2 環(huán)境因素

大體積混凝土施工期間，氣溫與環(huán)境的因素也是導(dǎo)致混凝土開裂的重要因素。外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也會隨之提升，降溫幅度過大也會導(dǎo)致溫差出現(xiàn)，對于混凝土抗裂極為不利。從道路橋梁混凝土工程結(jié)構(gòu)來說，自然環(huán)境條件變化所產(chǎn)生的溫度荷載比較不穩(wěn)定，控制難度也相對較高。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

結(jié)構(gòu)裂縫可以通過構(gòu)造設(shè)計與計算來進行裂縫控制。一般來說，我們在進行結(jié)構(gòu)計算時會先計算結(jié)構(gòu)物的受力體系，然后結(jié)合內(nèi)力計算的結(jié)果來判斷是否有常規(guī)計算模型之外的內(nèi)力。對于因混凝土收縮、沉降等變形因素而引起的裂縫，需要考慮到強度、應(yīng)力與剛度的影響。例如某些結(jié)構(gòu)的材料強度不高，但是韌性較為出色，往往能具備良好的變形要求，不易產(chǎn)生裂縫。

2.4 施工因素

施工因素主要是因為違規(guī)操作所導(dǎo)致。例如主要結(jié)構(gòu)部位的模板施工出現(xiàn)問題、拆模時間過早導(dǎo)致混凝土內(nèi)部受振等因素都會導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。此外，混凝土的養(yǎng)護工作也具有重要作用，如果養(yǎng)護效果不佳，混凝土早期強度增長時的收縮量較大，裂縫產(chǎn)生的可能性也會隨之提升。如果振搗方式不正確，混凝土分層離析導(dǎo)致表面開裂的情況也時有產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)厚薄交界處也是出現(xiàn)裂縫的主要區(qū)域。

3 裂縫控制技術(shù)措施

3.1 混凝土材料規(guī)劃

水泥水化熱是導(dǎo)致溫度應(yīng)力產(chǎn)生的主要因素，所以合理地使用混凝土原材料是控制裂縫的關(guān)鍵，此外還應(yīng)該考慮到強度、坍落度、水化熱等參數(shù)要求?；炷翉姸鹊燃壴礁撸療嵋矔S之提升，對于某些道路橋梁工程來說，施工工期較長，結(jié)構(gòu)承受的設(shè)計荷載只需要在其時間內(nèi)達到設(shè)計強度即可，具體可根據(jù)結(jié)構(gòu)實際的荷載承受情況對結(jié)構(gòu)的剛度和強度進行計算后，控制好混凝土的早期強度，增加其收縮，必要時結(jié)合實驗結(jié)果來確定最佳摻量[2]。

骨料選擇方面，應(yīng)優(yōu)先選擇熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的骨料，重點關(guān)注骨料的連續(xù)級配，可以提升骨料在混凝土中所占體積，降低水泥用量，間接地降低水化熱，減少用水量，更好地控制收縮，防止裂縫產(chǎn)生。通常在施工環(huán)節(jié)，粗骨料的粒徑會選擇得大一些，不僅發(fā)揮水泥的作用，還能達到收縮的目的。

外加劑方面，現(xiàn)代化施工當(dāng)中對于混凝土的坍落度與抗裂性能有著明確要求，以減水劑為主的外加劑已經(jīng)被認為是現(xiàn)代混凝土強度提升的主要方案，節(jié)約水泥用量，降低能耗。如圖1與圖2所示。

圖1 電性斥力的產(chǎn)生

圖2 游離水釋放過程

除去減水劑之外，緩凝劑、膨脹劑等也是可選材料。

3.2 減少環(huán)境影響

環(huán)境影響可以從溫度方面入手，例如為了更好地降低入模溫度，可以盡量避免在夏季高溫時進行混凝土澆筑，如需進行則可以選擇夜間施工作業(yè)。同理，為了更好地控制混凝土的內(nèi)外溫度差異，應(yīng)避免在冬季低溫時進行澆筑?？傮w來看，為了減少環(huán)境產(chǎn)生的影響，需要在了解天氣狀態(tài)與環(huán)境影響的前提下做好充分準備[3]。

3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要合理地對立面和平面進行分析，防止截面突變，起到減小約束應(yīng)力、合理設(shè)計分布鋼筋的作用?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫一般是因為拉應(yīng)力而產(chǎn)生，尤其是材料極限拉伸時混凝土材料結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，如果進行適當(dāng)配筋，鋼筋可以對混凝土塑性變形起到一定的約束作用，更好地分擔(dān)混凝土內(nèi)應(yīng)力，推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)。工程實踐也證明，合理的構(gòu)造配筋對于收縮裂縫的實際意義顯著。

在很多情況下，可以減少地基對于混凝土基礎(chǔ)的阻力，減少地表水與地下水的影響。當(dāng)?shù)鼗窍鄬杂驳睦匣炷粱鶎訒r，也可以考慮鋪設(shè)砂石卵石與瀝青砂漿層，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上起到優(yōu)化作用。

3.4 施工技術(shù)方案

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50204-92）對于混凝土的澆筑溫度與溫差進行了明確說明。除去一般的施工工藝外，還應(yīng)該采用技術(shù)措施來提升其極限拉伸。如對已經(jīng)澆筑的混凝土進行二次振搗，不僅可以排除因水、粗骨料導(dǎo)致的水分與空隙，還能顯著提高混凝土的密實度與抗壓強度，進一步保障其抗裂性能[4]。

4 結(jié)語

本研究在初步分析混凝土裂縫類型與物理性能的基礎(chǔ)上，對目前道路橋梁施工中大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的成因進行了研究，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇等多個方面的內(nèi)容進行了裂縫控制方案分析，提出了相應(yīng)的技術(shù)總結(jié)，旨在為今后的相關(guān)工程施工起到參考和借鑒。在未來的工作當(dāng)中，需要明確施工分段，重視原材料的選取，必要時借助信息技術(shù)與計算機輔助分析，做到現(xiàn)代化、信息化施工，確保工程質(zhì)量與安全。