大体积混凝土裂缝产生原因及控制措施分析综述

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　　【摘要】在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。
　　【关键词】 大体积砼，裂缝，原因，控制措施。
　　近期以来，工程建设中大体积砼陆续暴露出砼表面不同程度裂缝的缺陷问题，大体积高性能砼（所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土，美国混凝土学会给出了大体积混凝土的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度的减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。）结构的裂缝缺陷问题引起了工程参建各方的高度重视，切实采取有效措施，控制解决好桥墩砼裂缝的通病问题，确保混凝土的结构表面平整，色泽均匀，外行整体轮廓清晰，线角顺直。现就某特大桥桥墩上出现的裂缝进行阐述如下：
　　一、裂缝产生过程中的一些规律
　　1、裂缝基本上都是竖向裂纹，且都位于实心墩或空心墩的实心段部分，其位置在承台以上2~5m的范围以内。
　　2、采用C40、C45标号混凝土施工的桥墩出现裂缝多，而采用C30标号混凝土施工的桥墩出现裂缝少。某特大桥空心桥墩实体段均设置了循环冷却管进行降温养护，也同样出现了裂纹。
　　3、配合比中水胶比大的桥墩裂缝多，水胶比小的出现裂纹少。
　　4、裂缝宽度基本在0.2mm以下，其深度均位于混凝土保护层范围内。
　　5、桥墩在拆摸过程中均未发现裂缝，裂缝产生集中产生在拆模后20天左右。
　　二、裂缝产生的原因
　　1、桥墩体积相对较大，混凝土强度等级相对较高且采用耐久性混凝土，水化热难以控制，内外温差过大是混凝土普遍开裂的主要原因。
　　2、由于混凝土泵送的需要，混凝土单位体积用水量和砂率较大，混凝土收缩较大；且混凝土泵送时灌注速度较快，水化热难以及时散发。
　　3、混凝土配合比方面，水胶比偏大、水泥用量偏多。
　　4、原材料方面，水泥性能不稳定，水化热大，粉煤灰泌水量大。
　　5、桥墩构造方面，钢筋保护层偏大。
　　6、混凝土养护方面，保温与保湿养护措施不到位。
　　三、控制裂缝的措施：
　　由以上分析，造成裂缝的主要因素是材料、混凝土配合比及施工工艺不当引起的，所以为了控制裂缝加大防止裂缝再次产生，具体有以下几点措施。
　　1、加强对原材料的检验检测工作，特别是水泥的化学分析，确保原材料的质量稳定。
　　由于水泥的水化热是矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物组成和调整水泥的细度模数，硅酸盐水泥的矿物组成主要有：C3S、C2S、C3A和C4AF，试验表明：水泥中铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高，所以，为了减少水泥的水化热，必须降低熟料中C3A和 C3S的含量。在施工中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥。另外，在不影响水泥活性的情况下，要尽量使水泥的细度适当减小，因为水泥的细度会影响水化热的放热速率，试验表明比表面积每增加100cm2/g，1d的水化热增加17J/g～21 J/g，7d和20d均增加4 J/g～12 J/g。
　　2、粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。
　　(1)粗骨料
　　尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。
　　(2)细骨料
　　宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。
　　3、进一步优化配合比，可以借鉴兄弟单位的相关经验，配合比采用双掺，即在混凝土中同时掺入粉煤灰和矿渣粉。
　　为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。
　　同时还可以根据工程的实际情况加入适量的矿渣粉代替,掺入矿渣粉主要有以下作用：①由于粉体颗粒被充分被细化，使得混凝土的强度和耐久性得以改善；②掺入矿渣粉提高混凝土强度和密实性从而改善混凝土的抗渗性和抗化学侵蚀能力；③能降低混凝土中水泥水化的早期放热速度，抑制混凝土的温度升高。
　　需要注意的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。
　　4、从施工工艺上加强研究、改进。
　　在大体积混凝土内布置冷却水管，冷却管降温要有具体的指标，加强内部散热外部保温保湿养护，在混凝土内部埋置测温元件，掌握不同部位、不同级别混凝土在水化过程中的放热量和温度变化规律，以指导混凝土的养护。适当延长混凝土的灌注时间和拆模时间。从工艺措施上最大限度地减少混凝土干缩和温缩裂纹。
　　（1）混凝土的拌制
　　1）在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度。
　　2）要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6℃左右。
　　（2）混凝土浇注、拆模
　　1）混凝土浇注过程质量控制
　　浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。
　　2）浇注时间控制
　　尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。
　　3）混凝土拆模时间控制
　　混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25℃以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9℃以上允许拆模。
　　（3） 做好表面隔热保护
　　大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇注后，由于内部较表面散热快，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，但是这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者过分通风散热，使表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土在拆模后，特别是低温季节，在拆模后立即采取表面保护。防止表面降温过大 ，引起裂缝。另外，当日平均气温在2～3d内连续下降不小于6～8℃时，28d龄期内混凝土表面必须进行表面保护。
　　（4） 养护
　　混凝土浇注完毕后，应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿润，这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强度的稳定增长。一般在浇注完毕后12～18h内立即开始养护，连续养护时间不少于28d或设计龄期。
　　（5） 通水冷却
　　若是在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。为了削减内外温差，还应在夏末秋初进行中期通水冷却，中期通水一般采用河水，通水历时两个月左右。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案。
　　5、加强对现有的裂缝宽度和深度进行观测，掌握其发展的规律，以便制定出应对方案。
　　四、结束语
　　以上对大体积混凝土裂缝产生原因及控制措施进行了理论和实践上的初步探讨，虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，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避免的。为建造一流工程，创建一流品牌，我们向着高起点、高标准、高速度、高质量的目标，本着严格，热情服务的工作态度，确保工程质量达到一流水平。

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