中铁二十一局集团第三工程有限公司 陕西 咸阳 712000
The cause of concrete crack in high engineering and its prevention measures
Weishe Zhang
China Railway 21st Bureau Group The 3rd Engineering Co.,Ltd. Xianyang 712000, Shanxi
Abstract: The cause of concrete crack in high engineering and its prevention measures were investigated, especially the cause of concrete crack. Some preventive measures, such as the control of material, the admixture and curing of concrete were discussed. Reducing the concrete crack could improve the quality of concrete and durability of concrete. It’s possible to endure the quality of concrete and promote the sustainable development of the project through a variety of prevention and control measures.
Key words: Highway engineering, Concrete; Crack; Measures
摘要：对公路工程混凝土裂缝产生的原因及防治措施进行研究。重点分析公路工程混凝土裂缝的原因，并结合实际情况提出加强材料使用的控制、合理使用外加剂、重视工程养护等防治措施，规避混凝土施工裂缝的同时，也能够提升公路工程混凝土施工质量，提高混凝土结构的抗裂性。通过实施多种防治措施，可以保证公路工程混凝土施工保质保量完成，从而有效促进工程的可持续发展。
关键词：公路工程；混凝土；裂缝；措施
引言
在现代工程当中，很多都需要使用到混凝土，混凝土虽然容易成型，但是一旦出现诸如操作不当、外部因素的影响等情况，就会导致混凝土裂缝的生成，耐久性降低，结构承载能力下降，大大减少了混凝体工程的使用年限，有很多情况下还会出现一些坑坑洼洼的情况，后期还需要去填充这些坑洼的区域，这种情况完全不能满足人们的日益提高的生活水平的需求，针对混凝土裂缝的产生原因进行及时的控制，是本文主要探讨的内容。
1、工程概况
本文所探讨的工程项目为已施工江门至广州的高速公路路段；已施工完成的广昌至吉安高速公路某标段施工的涵洞墙身及基础；正在施工的武都至九寨沟高速公路某些标段等。根据施工过程中和已完工的工程情况，出现的裂缝情况简要汇总分析如下：
2、裂缝出现原因
2.1 施工温度
道路桥梁混凝土施工会受到周围环境因素的影响，温度的影响最为显著。在实际施工过程中，如果混凝土出现内外温差过大的问题，将会使混凝土表面出现较大的应力，一旦该应力的数值高于混凝土的抗拉强度，将会导致混凝土出现裂缝。与此同时，混凝土的散热较慢，其内部热量散失速度要低于外部热量，其内外温差数值很容易增大。因此，施工单位在施工过程中，需要注重温度的控制，采取相应的保温或者降温措施，将混凝土内外温差控制在合理的范围内。
2.2 水化热
公路工程施工中会应用大量的混凝土材料，混凝土施工更是公路工程施工中必不可少的重要组成部分。然而，在公路工程混凝土施工的调查中却发现，混凝土裂缝问题的频繁发生直接影响到工程的整体施工质量，而水化热则是造成混凝土裂缝的主要原因之一，混凝土材料施工中水泥水化会产生大量的热量，如果在浇筑过程中没有进行有效散热降温的话，会导致热量集中在混凝土结构内部，进而造成混凝土内部结构产生压应力，而表面产生拉应力，一旦应力超出混凝土能够抗拉的极限，就会在混凝土结构表面形成裂缝，从而造成公路工程施工质量问题。
2.3 混凝土的收缩
混凝土浇筑过程中会出现膨胀和收缩的问题，其中混凝土收缩是造成混凝土裂缝产生的主要因素之一，混凝土在干燥的时候，会因为毛细孔水分的蒸发而使得毛细孔中出现负压，随着空气湿度的降低，负压逐渐增大，产生一定的收缩力。混凝土之所以会成型，其中大多的原因都与水泥干后成型有关，水泥在塑性完成之后，等待水分被蒸发干，这时混凝土就会自动收缩，如果这个点没有把握好就会出现裂缝，而且非常不容易修正。混凝土表面开裂现象的发生，会降低混凝土抗渗、抗冻以及抗侵蚀等耐久性能，混凝土体铸造的建筑或者是道路等，只能使用非常短的时间，就会出现各种各样的问题。混凝土收缩的种类也有很多，第一种就是干燥收缩，这种收缩大多与混凝土停止养护有关，在停止养护后，在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆的收缩;第二种就是温度收缩，主要是由于混凝土内部温度由于水泥水化而升高，最后又冷却到环境温度时而产生的一种收缩形态;第三种为塑性的收缩，一般都是指在塑性阶段混凝土由于表面失去水分而出现的一种收缩，这种收缩多发生在夏季。
2.4 断面形状引起的裂缝
方形薄壁空心墩所受内外约束较大，容易在中间位置产生裂缝，检测结果发现在每边中间基本都存在1~2条竖向裂缝；裂缝长度为1~1.5m，裂缝宽度为0.08~0.16mm。圆形断面墩柱由于所受本身约束较小，开裂风险低，基本不存在裂缝。
2.5 不均匀沉降引起的裂缝
由于施工时基础未出现沉降，结构没有出现裂缝。当施工完后，混凝土已经硬化，由于地基处理不到位出现地基下沉，已硬化的混凝土开裂，影响结构的整体承载能力。
3、公路工程中混凝土施工裂缝防治措施
3.1 混凝土原材料控制和混凝土配合比优化
混凝土主要原材料为水泥、砂石料、水及外加剂等，选用优质的原材料是配制优质的混凝土的关键之一。水泥细度过大会增大塑性开裂风险和增加水灰比放热速率。铝酸三钙水化速率最快，且放热量较大，其含量过高不利于混凝土的抗裂性能。水泥的比表面积控制在300~350m2/Kg,铝酸三钙含量≤8.0%，碱含量≤0.60%。砂应符合行业标准细度模式控制在2.3~3.0，含泥量≤3.0%（含泥量≤2.0%，C50及以上）；石子使用多级配合成联系级配堆积空隙率≤40%，含泥量≤1.0%（含泥量≤0.5%，C50及以上）。
合理的混凝土配合比也是控制混凝土裂缝的关键因素之一，在满足施工和易性、安全性的条件下尽量减小水泥用量，降低单方混凝土的用水量。合理掺用矿物掺和料粉煤灰、矿渣粉等，以减小混凝土放热速度和放热量，通过减小用水量减小混凝土硬化工程中产生的毛细孔道体积收缩，减少混凝土干缩裂缝。
3.2 控制混凝土入模温度
根据图4～图7信息得出监测点 1、6、10、16 处筏板混凝土在浇筑完成7 天内，底部、中部、表面温度变化基本在25℃范围内，个别的测点温差超出 25℃，通过加大循环冷却水和混凝土表面覆盖保温并蓄水养护可以满足规范要求。1、6、10、16 处筏板混凝土的温度随着时间的变化而变化。混凝土浇筑完成72h 以内，混凝土内部温度变化率较大，之后趋于平稳。混凝土在浇筑完成后3天左右内部温度达到最高，之后开始下降。通过保温、保湿等措施可以使混凝土外表的温度下降速率控制在 2℃/d以内，从而符合混凝土施工规范要求。
3.3 保障混凝土浇筑的质量
在道路施工过程中，混凝土浇筑过程是预防其出现裂缝的关键工序，施工单位需要保障混凝土浇筑的质量，从根本上避免混凝土裂缝的出现。在开展混凝土浇筑施工之前，施工单位需按工程施工的目的和要求，结合混凝土浇筑现场实际状况，进行完善浇筑施工方案的制订，在浇筑施工方案中明确标注浇筑起点和浇筑厚度等多项指标，为混凝土浇筑施工提供可靠的参考依据，并确保各项材料及模板的质量符合标准，才能开展浇筑施工。在浇筑施工过程中，施工人员需要合理控制混凝土的倾注高度，通常将其控制在2m以内，如果混凝土的倾注高度超过2m，施工人员可通过滑槽或漏斗等辅助设备，保障混凝土浇筑的连续性及质量。在浇筑施工结束后，施工单位需要保障振捣工作的密实性及强度，通过表面平板振捣器或者插入式高频振捣棒等设备，按照“快插慢拨”的原则开展振捣施工，并避免振捣过程中出现漏振问题；控制振捣的力度，避免力度过大对模板造成破坏，从而保障混凝土的质量与强度。
夏季高温浇筑应避开气温最高时段浇筑，在易开裂部位合理减小钢筋间距并加强振捣。适当延长拆模时间，避免低温天气过早拆模而产生的裂缝。
3.4 混凝土养生
混凝土养生是减少混凝土表面干缩裂缝的主要途径，一般采用覆盖洒水养护。
当夏季温度较高时要及时混凝土进行降温，夏季温度高边浇筑边降温，采用模板洒水降低模板温度可降低混凝土的表面温度，浇筑完后及时用土工布或棚膜覆盖进行洒水养护不得少于7天，减少混凝土表面因失水而产生的干缩裂缝。冬季当气温低于5℃混凝土表面应采取覆盖或其它保温措施，严禁洒水进行养护，养护时间不少于14天，避免混凝土由于温度收缩而产生裂缝。
3.5 合理使用外加剂
公路工程混凝土施工过程中需要使用外加剂，可有效提高混凝土的施工效率。而从一些混凝土裂缝的问题调查研究中发现，由于外加剂使用的不合理，进而为公路工程混凝土施工埋下严重的安全隐患，造成施工裂缝问题的频繁出现，影响到公路工程的整体施工质量。对于此，应结合公路工程混凝土施工的实际情况，合理使用外加剂，将外加的作用充分发挥出来，进而提升公路工程混凝土的使用质量。混凝土施工中所使用的外加剂可以有效防止混凝土开裂，同时对提高混凝土的耐久性也具有极大的作用，在公路工程混凝土裂缝防治工作中，主要采用减水防裂外加剂。在上述的分析中了解到水灰比会影响到混凝土的收缩，通过减水防裂外加剂的使用，相比于不使用外加剂的情况下可以减少用水量25%，从而有效降低混凝土的水灰比。另外，应用减水防裂外加剂在保证混凝土强度的条件下，与不使用外加剂相比可以减少15%的水泥用量，其他体积可以利用骨料补充，在满足公路工程混凝土施工用量的同时，也能够保证其施工的质量满足施工要求。外加剂的使用可以有效减少混凝土泌水，有效改善混凝土的稠度，从而减少混凝土的变形，降低裂缝的出现。经过大量的研究发现，公路工程混凝土施工过程中使用外加剂材料，相比于以往传统混凝土施工不仅提高了混凝土的抗裂性能，同时对提高水泥浆与骨料之间的黏结力也具有不可忽视的作用。
3.6 减少不均匀沉降措施
不均匀沉降所产生的裂缝对已硬化的结构会造成结构承载力下降，应足够重视。按设计要求合理设置施工缝和沉降缝，沉降缝设置应自下而上设置贯通缝，严禁采用假沉降缝上下不贯通缝。切实做好地基的验收处理工作，当地基承载力不能满足要求时应及时提出给设计单位，变更设计方案并提出合理的地基处理方案。切实做好地基处理工作后，经检测地基承载力满足要求后，方可进行混凝土基础浇筑，以避免混凝土硬化后由于基础不均匀沉降而产生的裂缝。
结束语
综上所述，在公路工程中，混凝土施工至关重要。从力学角度考虑，它具有承上启下的作用，可以将墩柱上部的各种力引导至桩基础。但受结构自身以及施工环境的影响，混凝土时常会出现裂缝，本文通过技术层面的探讨提出了可行的解决方法，从而全面提升了混凝土的抗裂缝能力。混凝土裂缝产生的原因比较复杂，对混凝土裂缝产生原因及防治是一项长期可持续的工作，是一项值得长期探究的工作。
参考文献：
[1]邹德佳.道路桥梁中大体积混凝土施工裂缝防治措施探究[J].建筑技术开发,2019(08):68-69.
[2]焦健.土木工程建筑中大体积混凝土结构的施工技术探讨[J].居业,2019(04):99.
论文作者:张卫社
论文发表刊物:《建筑实践》2019年10期
论文发表时间:2019/9/2
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 公路工程论文; 温度论文; 外加剂论文; 水化论文; 表面论文; 《建筑实践》2019年10期论文;