浅析市政工程大体积混凝土裂缝的预控

尚久军

摘要：我国市政工程建设发展迅速，大体积混凝土越来越多的应用在市政工程中，如地铁工程、市政桥梁工程、城市高架路工程等。其主要特点是体积大，表面小，水泥水化热释放较集中，内部温升较快，当混凝土内外温差较大时，就会产生裂缝，影响结构安全和正常使用，因此大体积混凝土裂缝的控制和预防一直是混凝土施工的重点和难点，本人根据多年市政工程施工的经验，通过分析大体积混凝土裂缝产生原因，制定相应的预防控制措施，并作以简要分析。

关键词：裂缝；危害；控制

一、大体积混凝土裂缝产生原因及危害

1.1大体积混凝土裂缝产生的原因

（1）水泥水化热

水泥在水化过程中产生了大量的热量，因而使混凝土内部的温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。混凝土内部的温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度越高。

（2）外界气温变化

混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇注温度和散热温度三者的叠加，当气温下降，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯差，产生温差和温度应力，使混凝土产生裂缝。

（3）混凝土收缩变形

混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干燥受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。

（4）内外约束条件

混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀受到约束而产生压应力。当温度下降，则产生较大的拉应力。另外，混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。若拉应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会产生裂缝。

1.2大体积混凝土裂缝的危害

（1）降低混凝土结构刚度

结构如果贯穿性裂缝，则会使结构的刚度降低，从而影响到结构功能的正常发挥。

（2）降低混凝土的耐久性

裂缝的出现是侵蚀性介质容易进入混凝土内部，使钢筋锈蚀，混凝土腐蚀、碳化，损坏混凝土表面，使混凝土强度降低，进而影响混凝土耐久性。

（3）降低混凝土的防水性

裂缝的出现会使混凝土结构出现渗漏问题，且一旦出现渗漏，不但处理困难、花费巨大，还降低了结构的使用功能。

二、大体积混凝土裂缝的控制措施

大体积混凝土裂缝的控制主要从原材料、配合比、浇筑及振捣、养护等几个方面采取相应措施。

2.1原材料的控制

（1）水泥：应选用早期水化热较低的水泥，以降低水泥水化所产生的热量，从而控制大体积混凝土温度的升高，避免产生较大的温差应力。常用的水化热较低的水泥有火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥等。

（2）粗骨料：粗骨料宜选用连续级配，因连续级配粗骨料有较好的和易性，抗压强度较高，可同时减少用水量与水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。

（3）细骨料：严格控制细骨料的级配及含泥量。如果含泥量过大，会增加混凝土的收缩，引起混凝土抗拉强度的降低，致使混凝土开裂。

（4）粉煤灰：为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，可以采用粉煤灰代替部分水泥，但粉煤灰的掺量不易过多，在工程中应根据具体情况确定粉煤灰掺量。

（5）外加剂：包括减水剂、缓凝剂、引气剂等，混凝土中加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，防止混凝土收缩开裂。

2.2合理优化控制配合比

（1）在保证强度的情况下，尽可能降低水灰比，减少水泥的用量，以减少水泥的水化热。

（2）采用大块石集料配制，毛石尺寸控制在150mm左右，但总量不宜超过混凝土体积的25%.

（3）选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善混凝土的性能，延长混凝土的凝结时间。

（4）控制好混凝土的塌落度，不宜过大，一般在120+-20毫米即可。

（5）夏季高温施工时，采用冰水降低粗骨料的温度，或用冰水拌合混凝土，将混凝土的入模温度控制在25度以下。

2.3控制混凝土浇筑温度

降低浇筑温度不但能降低混凝土中的最高温升，也能直接影响到新旧混凝土间的温差。因此，大体积混凝土施工时，应严格控制混凝土拌合物的出罐温度。其中，碎石与水的温度对混凝土出机温度影响最大，在实际施工时，可采取温水或冰水搅拌混凝土，对骨料喷冷水或冷气进行预冷，或设置遮阳装置，避免日光直晒。并应尽量缩短混凝土拌合物的运输时间和转料次数，以达到混凝土拌合物的入模温度。

2.4分层浇筑施工工艺

实际施工中常采取分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性。选择浇筑方案时，除应满足每一处混凝土在初凝前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外，还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响，常采用的方法有以下几种：

（1）全面分层。即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层混凝土还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。这种方案适用于结构平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。

（2）分段分层。混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前澆筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的混凝土较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。

（3）斜面分层。要求斜面坡度不大于1/3，适用于结构长度大大超过厚度3倍的情况。混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。混凝土的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在混凝土卸料处，保证上部混凝土的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部混凝土密实。随着混凝土浇筑的向前推进，震动器也相应跟上。

2.5加强混凝土的养护

大体积混凝土浇筑后，应及时进行养护，以控制和缩小内外温差，并避免结构失去水分。大体积混凝土养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土内外温差，促进混凝土强度正常发展的同时，防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起混凝土开裂。

（1）混凝土的中心温度与表面温度之间、混凝土表面温度与室外最低气温之间的温差均应控制在20度以下，当混凝土具有足够的抗裂能力时，温差不大于25度。

（2）采用内部降温法降低混凝土内外温差。内部降温法是在混凝土内部预埋水管，通入冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行

（3）保温法是在结构外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃。

（4）根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响。

综上所述，大体积混凝土结构的裂缝控制直接关系到混凝土结构的使用性能及耐久性能，如何采取更好的方法来降低混凝土的水化热，加强原材料的用量及配合比的合理控制，做好原材料的温度控制，采用更实用可靠的养护措施等等，以保证大体积混凝土的开裂问题能得到有效的解决，确保市政工程中大体积混凝土的施工质量。