分析大体积混凝土裂缝产生的原因及预防措施

摘要：通过近几年来的现场实践，及查阅相关的规范和技术资料，对混凝土裂缝产生的原因进行进行简要的分析，并对现场混凝土温度的控制和预防裂缝的几个主要措施进行简要的阐述。

关键词：大体积;混凝土;裂缝;原因分析;预防措施

一、裂缝产生的原因分析

通过几年的桥梁施工技术管理工作，总结得出：“混凝土中产生的裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，原材料不合格(如碱骨料反映)，模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断的上升，在表面引起拉应力，后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。在同一块混凝土中其拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土结构中，主要的拉应力是由钢筋来承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力，但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

二、温度应力的分析

温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：

(1)早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段有两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝土上弹性模量的急剧变化，由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

(2)中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中。温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些

应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土上的弹性模量变化不大。

(3)晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相叠加。

根据温度应力引起的原因可分为两类：

(1)自生能力：没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面的温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。

(2)约束能力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而一起的应力，如箱梁顶板混凝土和护拦混凝土;这两种温度应力往往和混凝土上的干缩所引起的应力共同作用;想要根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算，混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具有计算这里就不在细述。

三、温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝，可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手，现场常用

的措施如下：

(1)采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。

(2)搅拌混凝土时可在蓄水池内加冰块，用人工或自动测温控制水温，也可用水将碎石冷却以降低混凝土的入模温度，但此方法容易改变混凝土拌合时的含水量，应做原材料含水率测定，并及时调整施工配合比。

(3)热天浇筑混凝土时浇筑厚度控制在300mm为宜，以便于表面散热;第二层浇筑必须在第一段砼初凝前浇筑完毕。

(4)根据混凝土浇注面积，在混凝土浇注区内设置一定层数的冷却水循环管，并定时测定排出水的水温，还应该测定混凝土内部和表面的温度，以及混凝土表面和环境气温，温差控制在15℃以内，温差较大时，可通过调整养护方式和加快循环水的速度来降低温差。

(5)规定合理的拆模时间，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度，加强保温养护措施，夏季，混凝土浇注后先覆盖一层塑料薄膜，上面再覆盖一层透水性的土工布进行养护。冬季施工，加强冬季施工养护，在低气条件下的混凝土结构还采取蒸汽养护等措施。

(6)夏季施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面及侧边，设置专人撒水养护时间不少于14d，有条件的应对基础侧边进行覆土掩盖，避免内部水分蒸发过快，产生裂缝。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，应特别注意避免产生贯穿裂缝(通缝)，出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

为了保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一，例如使用减水防裂剂，笔者在实践中总结出其主要作用为：

(1)混凝土中存在大量的毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。

(2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量适当的减少.

(3)水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可适当减少水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。

(4)掺加减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。

(5)外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。

四、混凝土的早期养护

实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的，寒冷地区的温度骤降也是容易形成裂缝的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要;从温度应力观点出发，现场保温应达到下述要求：

(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。

(2)防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度。

(3)防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

五、结束语

以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践的初步讨，虽然现在对于混凝土裂缝的成因和计算方法各异，但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一，同时在实践中的应用效果也是比较好的，具体施工中要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝是完全可以控制的.

参考文献：

⑴《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

⑵《铁路混凝土工程施工技术指南》 铁建设【2010】241号

(3)《黑龙江交通科技》2011年09期