路桥施工中大体积混凝土裂缝产生原因分析及其防裂探究

刘冰

【摘要】在路桥施工中，大体积混凝土在开裂之后的性能与未开裂原状混凝土有着较大的差别，主要表现在对混凝土的耐久性的影响，大体积混凝土裂缝会严重影响路桥施工建筑结构的安全和耐久。同时，混凝土开裂基本上都发生在建筑早期，所以及早研究分析裂缝产生的原因并且及时预防开裂现象的出现就成了路桥施工工程的重点研究项目。本文通过对大体积混凝土进行初步的了解，深入探讨裂缝产生的原因以及影响因素，最后根据路桥施工工程的特点，研究如何配制强度好、防裂性能高的大体积混凝土，以及如何开展有效的大体积混凝土防裂措施。

【关键词】路桥施工；大体积混凝土；裂缝分析；防裂措施

大体积混凝土裂缝问题是当前路桥施工中较为普遍的问题之一，裂缝会导致混凝土的耐久性、抗渗性和抗冻性都不同程度地下降，严重的还会导致建筑体的形变甚至坍塌。根据对混凝土强度长久以来的研究和大量工程实践的证明，建筑结构体的开裂现象是不可避免的，任何建筑材料都有可能出现开裂现象，过分地追求材料抗裂性只会加大投资方的经济负担。因此，当前的主要工作内容是研究分析出混凝土裂缝产生原因，及时做出防裂措施计划预案，做好大体积混凝土的裂缝控制工作。

一、大体积混凝土的定义及特点

1.1大体积混凝土的定义

在路桥施工工程中，混凝土作为建筑结构的主要建造材料，很大程度上决定着工程项目的成败。对大体积混凝土的定义，各个国家的专家们众说纷纭，美国建筑学会对大体积混凝土的规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其体积之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂，就称之为大体积混凝土。”日本学会则这样规定：“结构断面的最小尺寸在 800mm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过 25℃的混凝土，稱之为大体积混凝土。”而我国建筑工程界则认为：“在工业与民用建筑结构中，一般现浇的连续墙结构、地下构筑物及设备基础等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构，通称为大体积混凝土结构。”总的来讲，大体积混凝土是一种几何尺寸较大的检出材料，与水化热引起的体积变化现象、开裂现象有关。

1.2大体积混凝土的特点

大体积混凝土最开始用于水利工程建设，例如二十世纪三十年代美国建造的大苦果重力坝。我国近些年也开始大力发展水利工程建设，三峡大坝成为了代表性建筑。水利工程的建造需要大量混凝土的浇筑，如美国的大苦果重力坝，一共浇筑了约250万立方米的混凝土。路桥施工中的大体积混凝土与水利工程有较大差别，主要受到工程规模、建筑结构、混凝土类型等方面的影响。相对于水利工程所用的混凝土而言，路桥工程所用的混凝土体积较小、强度高、水泥用量较大。同时，路桥工程中的大体积混凝土与一般混凝土也具有一定差别，主要表现为体积大、浇筑量多、配制条件复杂，大体积混凝土对强度、耐久度的要求也比较高。

二、大体积混凝土裂缝产生的原因以及影响因素

通过大量实践经验证明，路桥施工中大体积混凝土裂缝产生的原因主要是建筑体重混凝土内部的水化热现象、外界气温变化以及混凝土干缩变形所带来的影响。

2.1水化热影响

水化过程会产生大量热量，受到大体积混凝土形态的影响，以及较低的导热性能，使得大量水化热被聚集在混凝土结构内部并且难以将热量散发。久而久之，结构体内部温度过高，而当该温度下的温度应力超过混凝土的抗拉强度时，结构体表面就会产生开裂现象。实践证明：大体积混凝土内外温差。通过大量实验数据表明：大体积混凝土结构体内外温度相差25摄氏度以上时，混凝土便会开裂。单位体积混凝土内的水泥用量越大，结构体内部早期水化累计的热量就越多；而原料水泥越细，混凝土的强度越高。

2.2内外温差影响

路桥施工过程中，外界气温变化是难免的，人们无法完全控制整个混凝土结构体的外界气温。外界气温决定混凝土的浇筑温度，而气温一定会下降，这时混凝土便会有一个降温幅度。尤其是骤降时，这种降温幅度现象就会更加明显，使得混凝土处在一个极为不利的气温环境下。

混凝土内部的温度主要是由水泥水化热产生的，浇筑温度值和结构体的自身散热降温值等各种温度值相加。由温差引起的温度形变，从而产生温度应力，因此，温差的大小决定着温度应力的大小。而高温条件下的大体积混凝土散热效果差，混凝土内部的最高温度一般在 65摄氏度左右，同时伴有较大的连续时间（与结构体体积和浇筑体形状有关）。在这种情下，通过合理的混凝土内外温差控制措施，应尽可能降低由混凝土内外温差引起的温度应力。

2.3混凝土收缩变形影响

一般混凝土形成过程中，大部分水分是要蒸发出去的，剩下的小部分水分为水泥硬化需要。同时混凝土还会发生两种形变，收缩形变和膨胀形变，这主要是由混凝土材料的性质决定的，我们称之为“自身体积变形”，而收缩形变占大多数。就目前混凝土研究情况而言，人们如果可以控制混凝土膨胀形变现象的产生，就有可能改善甚至解决混凝土开裂问题。

混凝土中的水分蒸发是引起收缩变形的主要原因，并且伴随着混凝土的开裂现象。混凝土的收缩变形机理较为复杂，主要可能是由于内部孔隙水蒸发变化时引起的毛细管引力导致收缩变形。同时收缩变形是可逆的，将收缩形变的混凝土处于水饱和状态，体积还会恢复到收缩前状态。但是这种可逆现象会导致混凝土体积的交替变化，将促进混凝土裂缝的产生。

三、大体积混凝土裂缝的预防措施

根据大体积混凝土裂缝产生的原因以及影响因素，应该从控制混凝土的内外温差、控制水化热引起的温升、减缓混凝土降温速度和收缩形变、最大程度上减少混凝土的温度应力、提高抗拉强度以及保温等方面采取有力措施。主要如下：

3.1混凝土原材料的控制

在原材料的选择上，应选择低热或中热的水泥品种，最大程度上控制水化热引起的温升，从而降低温度应力，此方法是也是恐致癌混凝土温升最根本的方法。一般采用P.042.5普通硅酸盐水泥作为原材料，同时要注意水泥制作中的一些关键注意点。

3.2混凝土内外温度的控制

控制混凝土内外温差即控制混凝土中心和表体、混凝土表面和外界气温之间的温差不得超过25摄氏度。在混凝土施工之前要计算混凝土内外的温度极值，估算可能的温度应力，采取相应措施。例如控制浇筑混凝土的出机温度、内外温差过高时要使用保温罩等等。

3.3混凝土浇筑后的养护

当路桥工程混凝土浇筑完成后、在混凝土外露表面用塑料膜覆盖养护，同时覆盖保温罩。保温罩一般分为两层，外层为防水布、内层为保温板，保温罩应一直处于密封状态，待温差低于20摄氏度时，方可去除保温罩。这种护养方法可有效减缓混凝土裂缝的产生。

结束语

随着路桥工程项目的高速发展，对大体积混凝土的质量要求也随之增高，如何缓解混凝土的开裂问题一直是路桥施工过程中最重要的环节。根据混凝土裂缝现象产生的原因，针对水化热和内外温差产生的温度应力，严格控制好混凝土的配制和保养步骤，采取切实有效的大体积混凝土防裂措施成了路桥施工中的关键。

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