道路桥梁施工大体积混凝土裂缝成因及防治分析

汪文淑 （安徽水利开发股份有限公司，安徽 合肥 230000）

0 前言

大体积混凝土在现代工程建设中具有非常重要的作用，无论是在桥梁大坝、建筑物还是地下室等大型施工当中，都需要使用混凝土来进行浇筑。《普通混凝土配合比设计规程》对大体积混凝土进行了说明。具体来看，应该在了解混凝土物理力学性质的技术上结合工程实践，不断总结，在现有理论基础上进行完善和创新。

1 大体积混凝土裂缝类型

1.1 温度裂缝

温度裂缝是随着温度的变化产生混凝土膨胀收缩变形。尤其是在施工环节当中，早期裂缝形成的可能性相对较高，按照深度可以划分为表面裂缝、深层裂缝与贯穿裂缝。其中贯穿裂缝影响程度大，切断结构断面的同时还破坏了结构的整体性。通常来说，由温度收缩应力引起的裂缝不会对结构物的承载能力产生严重影响。但大体积混凝土水泥用量较多，水泥水化热产生的温度变化也导致裂缝的产生。

1.2 微裂缝

微裂缝类型包含3种：一是粘着裂缝，即水泥粘接面区域产生的裂缝，以集料周围居多；二是水泥石裂缝，即集料与集料之间出现的水泥浆裂缝；三是集料本身的裂缝。由于微裂缝分布并不规则，沿截面而非贯穿，具有微裂缝的混凝土可以承受一定的拉力，但是在结构某些受拉力较大的薄弱环节，微裂缝在拉力作用下很容易导致早期断裂产生。微裂缝的存在同样也对混凝土基本性质与强度、刚度产生一定的影响。按照构造理论模型计算方式，水泥石出现收缩变形引起内应力也是微裂缝产生的一大因素。

2 大体积混凝土裂缝的成因分析

2.1 混凝土自身因素

混凝土的体积、收缩、骨料添加情况与混凝土所用材料都是导致裂缝产生的主要原因。体积方面，混凝土浇筑工作结束之后，成型硬化前就出现了早期收缩情况，且混凝土产生干燥收缩、水化收缩时也会因为温度的变化产生变化[1]。

混凝土中的水泥基体与骨料接触面产生的界面具有特殊性能，也是混凝土结构中的薄弱环节。骨料界面处通常会因为气孔的存在导致结构酥松，尤其是荷载作用之下，骨料和水泥石会因为弹性模量的差异导致变形不一致，界面区域的薄弱连接让混凝土的性能出现了显著降低。此外，需要重点关注的问题在于水泥和水的配比情况，不同的水泥类型、水泥用量所拌制的混凝土在强度与收缩值上也会产生一定的差异。一般情况下，矿渣硅酸盐水泥混凝土的收缩值更大。而收缩值与强度与水的性质也有关，水量较多时，混凝土收缩值也会随之提升，水表面张力越小，干缩值也越小。

2.2 环境因素

大体积混凝土施工期间，气温与环境的因素也是导致混凝土开裂的重要因素。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也会随之提升，降温幅度过大也会导致温差出现，对于混凝土抗裂极为不利。从道路桥梁混凝土工程结构来说，自然环境条件变化所产生的温度荷载比较不稳定，控制难度也相对较高。

2.3 结构设计问题

结构裂缝可以通过构造设计与计算来进行裂缝控制。一般来说，我们在进行结构计算时会先计算结构物的受力体系，然后结合内力计算的结果来判断是否有常规计算模型之外的内力。对于因混凝土收缩、沉降等变形因素而引起的裂缝，需要考虑到强度、应力与刚度的影响。例如某些结构的材料强度不高，但是韧性较为出色，往往能具备良好的变形要求，不易产生裂缝。

2.4 施工因素

施工因素主要是因为违规操作所导致。例如主要结构部位的模板施工出现问题、拆模时间过早导致混凝土内部受振等因素都会导致裂缝出现。此外，混凝土的养护工作也具有重要作用，如果养护效果不佳，混凝土早期强度增长时的收缩量较大，裂缝产生的可能性也会随之提升。如果振捣方式不正确，混凝土分层离析导致表面开裂的情况也时有产生，结构厚薄交界处也是出现裂缝的主要区域。

3 裂缝控制技术措施

3.1 混凝土材料规划

水泥水化热是导致温度应力产生的主要因素，所以合理地使用混凝土原材料是控制裂缝的关键，此外还应该考虑到强度、坍落度、水化热等参数要求。混凝土强度等级越高，水化热也会随之提升，对于某些道路桥梁工程来说，施工工期较长，结构承受的设计荷载只需要在其时间内达到设计强度即可，具体可根据结构实际的荷载承受情况对结构的刚度和强度进行计算后，控制好混凝土的早期强度，增加其收缩，必要时结合实验结果来确定最佳掺量[2]。

骨料选择方面，应优先选择热膨胀系数小、含泥量低的骨料，重点关注骨料的连续级配，可以提升骨料在混凝土中所占体积，降低水泥用量，间接地降低水化热，减少用水量，更好地控制收缩，防止裂缝产生。通常在施工环节，粗骨料的粒径会选择得大一些，不仅发挥水泥的作用，还能达到收缩的目的。

外加剂方面，现代化施工当中对于混凝土的坍落度与抗裂性能有着明确要求，以减水剂为主的外加剂已经被认为是现代混凝土强度提升的主要方案，节约水泥用量，降低能耗。如图1与图2所示。

图1 电性斥力的产生

图2 游离水释放过程

除去减水剂之外，缓凝剂、膨胀剂等也是可选材料。

3.2 减少环境影响

环境影响可以从温度方面入手，例如为了更好地降低入模温度，可以尽量避免在夏季高温时进行混凝土浇筑，如需进行则可以选择夜间施工作业。同理，为了更好地控制混凝土的内外温度差异，应避免在冬季低温时进行浇筑。总体来看，为了减少环境产生的影响，需要在了解天气状态与环境影响的前提下做好充分准备[3]。

3.3 结构优化设计

结构优化设计需要合理地对立面和平面进行分析，防止截面突变，起到减小约束应力、合理设计分布钢筋的作用。混凝土结构裂缝一般是因为拉应力而产生，尤其是材料极限拉伸时混凝土材料结构是非均质的，如果进行适当配筋，钢筋可以对混凝土塑性变形起到一定的约束作用，更好地分担混凝土内应力，推迟混凝土裂缝的出现。工程实践也证明，合理的构造配筋对于收缩裂缝的实际意义显著。

在很多情况下，可以减少地基对于混凝土基础的阻力，减少地表水与地下水的影响。当地基是相对坚硬的老混凝土基层时，也可以考虑铺设砂石卵石与沥青砂浆层，在结构设计上起到优化作用。

3.4 施工技术方案

《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）对于混凝土的浇筑温度与温差进行了明确说明。除去一般的施工工艺外，还应该采用技术措施来提升其极限拉伸。如对已经浇筑的混凝土进行二次振捣，不仅可以排除因水、粗骨料导致的水分与空隙，还能显著提高混凝土的密实度与抗压强度，进一步保障其抗裂性能[4]。

4 结语

本研究在初步分析混凝土裂缝类型与物理性能的基础上，对目前道路桥梁施工中大体积混凝土出现裂缝的成因进行了研究，结合结构设计、材料选择等多个方面的内容进行了裂缝控制方案分析，提出了相应的技术总结，旨在为今后的相关工程施工起到参考和借鉴。在未来的工作当中，需要明确施工分段，重视原材料的选取，必要时借助信息技术与计算机辅助分析，做到现代化、信息化施工，确保工程质量与安全。