浅谈桥梁大体积混凝土裂缝形成原因及防治措施

　　摘 要： 近年来，随着我国经济高速发展、桥梁工程技术的突飞猛进， 大体积混凝土在桥梁结构中应用越来越广泛。对混凝土裂缝形成原因进行了具体的分析，阐述了在大体积混凝土中避免产生裂缝的措施和方法， 指出通过严格的质量控制措施， 采取有效的施工工艺，来预防及控制桥梁大体积混凝土裂缝的形成及发展。

　　关键词： 桥梁施工；大体积混凝土；裂缝；施工质量

　　1 大体积混凝土裂缝产生的原因

　　1.1 水泥水化热引起的温度应力和温度变形

　　水泥在水化过程中产生了大量的热量， 因而使混凝土内部温度升高，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力。温差越大，温度应力越大，当温度应力超过混凝土内外约束力时，混凝土表面就会产生裂缝。混凝土内部温度和水泥用量有关，同时与混凝土厚度有关，水泥量越大，混凝土越厚，内部温度就会越高。所以防止裂缝关键是控制表面与内部的温度差。

　　1.2 外界气温变化的影响

　　大体积混凝土结构在施工阶段，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的关系。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度下降，特别是气温下降很快，会大大增加大体积混凝土的内外温度梯度，造成很大的温度应力，很容易使混凝土开裂。

　　1.3 混凝土收缩变形的影响

　　混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所需要的，最初的30%的自由水分几乎引起收缩，随着混凝土在空气中陆续干燥而使水分逸出，混凝土就会出现干燥收缩的现象。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

　　1.4 内外约束条件的影响

　　混凝土在早期温度上升时，产生膨胀受到约束而形成压应力，温度下降时产生较大的拉应力，如果拉应力超过混凝土的抗拉强度，就会产生垂直裂缝。混凝土内部由于水泥水化热的原因，形成力中心温度高，热膨胀大，因而在其中部产生压应力，在表面产生拉应力。

　　1.5 由于施工工艺质量引起的裂缝

　　1）混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面，导致钢筋锈蚀或其他荷载是引起裂缝的原因。

　　2）混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，即塑性收缩裂缝。

　　3）混凝土保护层过厚，已绑扎的上层钢筋不符合要求，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

　　4）用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或者因为其他原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

　　5）混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

　　6）施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

　　7）施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。

　　2 大体积混凝土施工质量控制措施

　　2.1 优化配合比设计

　　1）大体积混凝土因水泥水化热的大量积聚，容易使混凝土内外形成较大的温差，而产生温度应力，因此原材料的选用很重要。a.水泥：由于水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温升，大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，如低热矿渣硅酸盐水泥等，以降低水泥水化所产生的热量，尽可能减少水泥用量；b. 细骨料：宜采用中砂，因为使用中砂可减少水及水泥的用量；c.粗骨料：在可泵送情况下，选用粒径5mm～20mm连续级配石子，以减少混凝土收缩变形；d.含泥量： 在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。因此，骨料必须现场取样实测，石子的含泥量控制在1%以内，砂的含泥量控制在2% 以内；e.掺合料：根据实际情况选择添加粉煤灰技术。在混凝土中掺用的粉煤灰不仅能够节约水泥，降低水化热，增加混凝土和易性，而且能够大幅度提高混凝土后期强度；f.选用合适的缓凝、减水等外加剂。采用减水剂，以改善混凝土的性能，加入外加剂后，可延长混凝土的凝结时间。

　　2）对原材料（钢筋、水泥、砂、碎石、水等）都应进行严格的抽样检验。对混凝土配合比应进行对比试验，在高温下或雨后施工对砂、碎石应进行含水量实验， 及时调整施工配合比，确保混凝土的施工质量。

　　2.2 温度控制措施以及施工的现场控制

　　1）混凝土浇筑方案。根据实际情况采用分层浇筑混凝土，利用浇筑面散热，以大大减少施工中出现裂缝的可能性，采用延缓温差梯度与降温梯度的措施，在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度及前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入模温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振及过振，确保混凝土均匀密实，控制好混凝土的坍落度。

　　2）温度应力检测。为反映温控效果可在少数混凝土层中埋设应变计进行温度应力检测，应变计沿水平方向布置，检测水平向应力分量。

　　3）浇筑过程布置冷却水管。采用钢管在一些混凝土浇筑分层中布设冷却水管， 冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水、阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及温度。

　　2.3 非结构性裂缝防止措施

　　防止塑性沉降裂缝的措施有基础处理、支架搭设进行科学设计、严格施工， 必须对支架进行全面积预压以消除非弹性变形的影响；混凝土中加减水剂减少混凝土泌水，确保混凝土保护层厚度，混凝土施工时要进行二次抹面。防止塑性收缩裂缝的措施有加强早期混凝土养护以降低混凝土中水分蒸发速率。方法是结构外露面覆盖麻袋等浇水湿治养护。防止温差裂缝的措施有合理安排混凝土浇筑顺序及浇筑速度，在混凝土浇筑的过程中消除部分温差。夏季施工时骨料要洒水降温， 冬季施工时混凝土表面应覆盖保温。

　　2.4 混凝土的养护措施

　　养护是大体积混凝土施工的一项十分关键的工作，养护主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进混凝土强度的正常增长以及防止裂缝的产生和发展。根据工程的实际情况，应尽可能多养护一段时间，拆模后应立即回填或覆盖保护，同时预防冷气候影响，以控制混凝土内外温差，防止早期和中期裂缝。混凝土的养护，不仅要满足强度增长需要，还应通过人工控制，防止因温度变形引起混凝土开裂。