市政工程施工中大体积混凝土裂缝的控制

苏志娴

随着社会经济和国家建设投资的发展，大体积混凝土浇筑也越来越多地应用于城市桥梁、泵站、大坝及高层建筑的深基础施工中，由于其主要用于受力部位，在施工质量中暴露出来的问题也越来越多，为此大体积混凝土裂缝产生的原因分析及控制越来越引起人们重视，本文将从市政公用工程大体积混凝土裂缝的危害及产生的原因着手，探讨其控制措施。

市政工程大体积混凝土裂缝的类型及危害

大体积混凝土裂缝按深度不同，分为表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。

表面裂缝虽然危害较小，但影响外观质量。深层裂缝使结构断面部分切断，对结构的耐久性造成一定的危害，影响其使用寿命。贯穿裂缝，可由表面裂缝逐步发展成深层裂缝，并最终形成贯穿裂缝，使结构整体断面发生破坏，整体结构失稳，其危害非常严重。

2、大体积混凝土裂缝产生的原因

2.1、水泥水化热的影响

混凝土是脆性材料，抗压能力较强，抗拉能力则较弱，而大体积混凝土的断面尺寸较大，在拌和浇筑过程中，水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升，混凝土越厚、水泥用量越大，内部温度越高，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，这种温差越大，温度就应力越大，当温度应力在混凝土中产生的拉应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。

2.2、混凝土的收缩

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土的收缩，这是一种没有外力作用的自发变形，是随着混凝土本身水份的蒸发，而出现的干燥收缩现象。这种现象引起的混凝土裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩、和温度收缩三种。在硬化初期，主要是水泥石在水化凝固过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水份蒸发而引起的干缩变形，而表面的干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干缩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。

2.3、外界气温湿度变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和散热温度三者的叠加组成。浇筑温度与外界气温直接相关，外界气温越高，混凝土的浇筑温度就越高。如果外界气温降低，特别是气温骤降，会使混凝土内部与外层温差越大，所产生的温度应力及变形应力极易引发混凝土开裂。另外，外界的湿度对混凝土裂缝也有很大影响，外界湿度的降低，会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3、大体积混凝土裂缝的质量控制

3.1、材料控制

大量研究表明大体积混凝土裂缝产生的主要原因之一是水泥水化过程释放了大量的热量，因此对于大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，优化配合比设计。另外要充分利用混凝土的中后期强度，尽可能降低水泥用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土结构施加设计荷载，应将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或90d较为合理。这样充分利用后期强度，则每方混凝土可减少水泥40～70KG左右，混凝土内部的温度会相应降低4℃～7℃。

要严格控制集料的级配及含泥量。如果含泥量大，不仅会增加混凝土的收缩，而且还会降低混凝土的抗拉强度，对其抗裂不利。骨料应选择粒径大强度高级配好的骨料，这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥用量，降低水化热，减小混凝土裂缝的产生。

要选用合适的外加剂，以改善混凝土的性能。如选用减水缓凝剂，并保证一定的坍落度，可延长混凝土的凝结时间，延缓水化热的峰值期，并改善混凝土的和易性，降低水灰比，以达到减少水化热的目的。掺加膨胀剂可等量替换水泥，并使混凝土产生适度膨胀，即可保证混凝土的密实度，又可使混凝土内部产生的压力抵消混凝土中产生的部分拉应力。在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰，还可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低水泥水化热引起的内部温升，降低最终收缩值，减小水泥用量，防止温度裂缝的产生。

3.2、大体积混凝土浇筑的温度控制

在温度较高时，要注意降低混凝土的入模温度：砂石存放可以覆盖遮阳，拌和前可用冷水降温，搅拌时可添加冰水等。也可在混凝土内部预埋水管，在混凝土刚浇筑完成时，通入冷却循环水，降低混凝土内部温度，减小其内外温差。这些措施都可有效控制混凝土开裂。

如果是冬季施工，一般温度应以5℃～10℃为宜，在浇筑前除应视气温对石料进行加热，还要对混凝土将要接触的冷壁进行蒸气预热。石料加热最高温度不应超过75℃，并应避免过分干燥，同时还应注意运输过程中保温，减少热量的损失。

混凝土表面应该用草袋或土工织物覆盖进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差产生的表面裂缝，还可以防止因骤然降温产生的贯穿裂缝，使水泥顺利水化，防止产生湿度裂缝。

3.3大体积混凝土浇筑的技术控制

可视大体积混凝土平面尺寸的不同采用全面分层、分段分层和斜面分层浇筑的方法。平面尺寸不是太大时，可采用全面分层的方法，即第一层浇筑完成后，在其初凝前再回头浇筑第二层。分段分层浇筑，适用于结构厚度不太大，而面积或长度较大的工程，浇筑时先从底层开始浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层，因总层数较多，浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可从第二段依次分层浇筑。斜面分层浇筑，适用于结构的长度远超过厚度3倍的大体积混凝土浇筑工程，其斜面的坡度不大于1/3，应从浇筑层下端开始，逐渐上移，振捣器一般在每个斜面层的上、下各布置一道，上面的布置在混凝土卸料处，下面一道布置在近坡脚处，确保下部混凝土振捣密实，振捣器应随着混凝土的浇筑向前推进。这些浇筑方法，可利用浇筑面散热，大大减少了施工中混凝土裂缝出现的几率。

4、大体积混凝土的裂缝检查及处理

大体积混凝土浇筑的实际情况复杂多变，裂缝的出现还是在所难免，因此，要注意检查分析裂缝的类型和产生的原因，针对实际情况进行不同的处理。表面裂缝对混凝土的结构、耐久性和安全基本没有影响，一般可不作处理。对深层和贯穿裂缝，可用风镐、风钻凿除裂缝（凿槽断面呈梯形状），再在上面浇筑高一个标号的混凝土。对较深的裂缝，可以在混凝土充分冷却后，在裂缝上铺1~2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。对比较严重的裂缝，可以采取水泥灌浆和化学灌浆，水泥灌浆适用于宽度0.5MM以上的裂缝，宽度小于0.5MM的裂缝应采取化学灌浆。化学灌浆一般使用环氧-糠醛丙酮系的浆料。

综上所述，对于混凝土裂缝，要以预防为主。只要我们在大体积混凝土施工中采用优化配合比设计、合理选择及应用各种原材料、精心制定合理的施工方案、做好混凝土浇筑的各种施工温度控制，大体积混凝土裂缝的产生，尤其是危害结构的混凝土裂缝的产生，是完全可以预防和控制的。