公路结构工程大体积砼裂缝成因分析

冯利东

摘要：随着公路建设的突飞猛进，大体积砼在公路结构工程中应用越来越多。施工时，大体积砼水化热引起的温度作用和自身收缩等变形将产生较大的温度应力，若施工不当就会产生危害性裂缝，直接影响结构物的使用寿命，为此本文对裂缝产生的原因进行分析，并提出一些防治措施，以减少裂缝的产生。

关键词：大体积砼 裂缝 成因分析

1 概述

现在，在公路结构工程中大体积砼已经得到了普遍的应用，那到底什么是大体积砼，其实是没有一个定论的。各国之间的规定也不尽相同，美国规定为：“任何现浇砼，只要有可能产生温度影响的砼均称为大体积砼”。我国普通砼配合比设计规范规定：砼结构物中实体最小尺寸不小于1m的部位所用的砼即为大体积砼。

大体积砼的特点：公路结构工程中大体积砼与其他砼相比具有砼设计强度高，单方砼水泥用量较大；连续性整体浇筑要求较高等特点。此外，大体积砼还具有结构厚大、浇筑量大，工程条件复杂，施工技术和质量要求高等特点。

2 大体积砼温度裂缝产生原理

2.1 裂缝种类及成因

裂缝是固体材料中的某种不连续现象。砼在硬化及承载使用过程中，当其“变形要求”超出抵抗变形能力时，即产生裂缝现象。

砼的裂缝可分为宏观裂缝和微观裂缝。裂缝一般以0.05mm为界，大于等于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝，小于0.05mm的裂缝称为微观裂缝。一般情况下，微裂缝对使用无危险性，因此，下文所述的裂缝控制均指宏观裂缝，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。本文主要探讨由于温度变化及收缩等因素引起的变形裂缝。

2.2 大体积砼温度裂缝的产生原理

在施工期间，大体积砼产生的结构裂缝主要是因为水泥水化热引起的温度变化导致的。如果大体积混凝土的内部矛盾不断发展，到一定程度就出现裂缝。而这种矛盾一方面是因为混凝土内外温差形成的应力和应变，另一方面为了阻止这种应变所形成的各种约束。如果温度应力超过了混凝土所能够承受的极限强度，混凝土就会出现裂缝，这是导致混凝土出现裂缝的主要原因，混凝土产生裂缝主要有以下几方面原因：

2.2.1 水泥水化热。一般来说在浇筑后的7d左右，在水泥水化过程中会放出大量的热量，有资料显示在计算过程中，如果按照水泥用量是350kg/m3～550 kg/m3，每克水泥放出大约500J的热量，那m3混凝土就会放出17500KJ～27500KJ的热量，放出的这些热量，会直接导致混凝土的内部温度升高。特别是对于大体积混凝土来说，这种现象出现的概率更大。混凝土的内部温度升高，而混凝土的散热条件在内部和表面是不同的，这势必会形成温度梯度，压应力和拉应力也会分别在混凝土的内部和表面产生，一旦表面的拉应力超过规定的范围，混凝土的表面就会出现裂缝。

2.2.2 砼的收缩。砼收缩是指砼在空气中硬结时体积减小的现象。砼中大约80%的水分都会被蒸发，其中水泥硬化需要其中的大约20%的水分。砼水化作用后会发生体积变形，也叫“自身体积变形”，胶凝材料的性质对该变形有着决定性的影响，一般来说，大部分的普通水泥混凝土都是收缩变形，只有少数是膨胀变形。这种自发变形是不受外力影响的，但是一旦受到外部约束，就会在砼中产生拉应力，导致砼开裂。并且在硬化的初期和后期表现是不一样的，前者主要是体积变化，后者主要是干缩变形。

2.2.3 外界气温变化。在施工阶段，外界的温度变化对大体积混凝土有着直接的影响，因为混凝土的浇筑温度会随着外界气温的升高而升高；而当外界的温度下降的时候，又会增加混凝土的降温幅度，尤其是在气温骤降的天气，混凝土内外的温度梯度一定会加大，这对于大体积混凝土是非常不利的。混凝土内部的温度是各种温度叠加在一起的，比如水化热的绝热温度、浇筑温度和结构物的散热降温等，而温度应力则是由温差引起的温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般在60～65℃，并且有较大的连续时间（与结构尺寸和浇筑块体厚度有关）。在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力，就显得更为重要。

3 结论

总之，针对以上指出的大体积砼产生裂缝的原因，在实际的施工中应该采取以下的一些防治措施：

①合理选用水泥品种。大体积砼施工中，选用的水泥最好具备水化热低、初凝时间长的特点，并控制水泥用量，一般控制在300kg/m3以下。②掺加外加剂。选用复合型外加剂和粉煤灰，以减少绝对用水量和水泥用量，延缓凝结时间。③注意粗细集料的选择。砂选用粗砂，石子选用粒径为0.5-3.2cm的碎石和卵石。夏季砂、石料堆可设简易遮阳棚，必要时可向骨料喷水降温。④在砼中敷设冷却水管。⑤分层浇筑。如结构工程厚度较厚，一次浇筑砼方量过大时，在设计单位和监理单位同意后可分层浇筑，以通过增加表面系数，利于砼内部散热。⑥加强振捣避开高温施工。要严格按照技术规范要求振捣，夏季施工时尽量避免在12点至14点期间浇筑砼。⑦加强砼的养护。砼浇筑后要适时进行养护，尤其是体积大，气温较高时尤其注意，防止砼开裂。

参考文献：

[1]张少峰.大体积砼温度裂缝的控制[J].土木工程，2002.

[2]《砼配合比设计规程》.

[3]彭立海主编.《大体积砼温控与防裂》.

[4]施惠生.大体积混凝土的温升及控制，混凝土编辑部.

[5]全国一级建造师执业资格考试用书（第三版）公路工程管理与实务[M].中国建筑工业出版社.