路橋工程建設(shè)中混凝土裂縫的成因及預(yù)防

靳仕剛

（河南省高等級(jí)公路建設(shè)監(jiān)理部有限公司，河南 鄭州 450052）

1 混凝土裂縫的種類及成因

1.1 表面龜裂

混凝土路面表面產(chǎn)生網(wǎng)狀，淺而細(xì)的發(fā)絲裂縫，呈小的六角花紋狀，深3mm-10mm.寬0.05mm左右，這類裂縫就是表面龜裂，它的危害較輕，不影響使用功能。

表面龜裂形成原因一是在炎熱或大風(fēng)天氣條件下混凝土澆注后.沒有及時(shí)覆蓋，表面游離水分蒸發(fā)過快，體積急劇收縮，導(dǎo)致開裂。二是混凝土在拌制過程中水灰比太大，表面游離水分蒸發(fā)后，體積收縮較大，導(dǎo)致開裂。三是混凝土表面過度震搗，使水泥砂漿過厚，導(dǎo)致縮裂。四是模板與墊層過于干燥，吸水大。

1.2 溫差裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中。這種裂縫的特點(diǎn)是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3-5天.初期出現(xiàn)的裂縫很細(xì)，隨著時(shí)間的發(fā)展而繼續(xù)擴(kuò)大，甚至達(dá)到貫穿的情況，混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，水泥水化熱在1-3天可放出熱量的50%，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的3-5天，因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力和溫差成正比，溫度越大，溫度應(yīng)力也越大。較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力（實(shí)踐證明當(dāng)混凝土本身溫差達(dá)到25℃-26℃時(shí)，混凝土內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生大致在10MPa左右的拉應(yīng)力）。當(dāng)混凝土溫度上升時(shí)（即早期升溫時(shí)）產(chǎn)生的膨脹變形受到基坑四周磚胎膜和底部墊層混凝土 (6=300mm)的約束，形成壓應(yīng)力。由于混凝土的彈性模量小，因此壓應(yīng)力也較小。

1.3 干縮裂縫

混凝土在硬化過程中，僅有一部分水分參加水化作用，而其余水分漸漸蒸發(fā)，使混凝土產(chǎn)生干縮變形叫干縮裂縫。

混凝土干縮裂縫通常是在混凝土澆筑后1-6個(gè)月內(nèi)發(fā)生，初始裂縫的寬度均在0.03mm以上，1年以后在鋼筋混凝土板角部常常會(huì)有明顯的斜向裂縫，或在中央有明顯的橫向裂縫?；炷粮煽s的主要原因是水泥石的脫水收縮，混凝土中砂石比率較大，不僅不收縮，而且還可以抑制水泥石收縮，從而減小混凝土收縮。水泥石干縮內(nèi)部主要受制于其中的毛細(xì)孔含量和孔徑分布，而這些又受制于加水量廠水灰比少和水化深度的影響。在混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土裸露程度及形狀尺寸對(duì)干縮裂縫也有重要影響。一般情況下混凝土體積越大而裸露面積越小，混凝土干縮越小，反之越大。

1.4 角隅及脹縫周邊處產(chǎn)生斷裂

在混凝土面板角處沿角隅等分線大致垂直方向產(chǎn)生斷裂，在脹縫處特別容易發(fā)生，叫做角隅及脹縫周邊處產(chǎn)生斷裂。

產(chǎn)生原因一是角隅處于縱橫交叉處，容易發(fā)生板底脫空，產(chǎn)生斷裂。二是角隅處傳力不好，車輛荷載應(yīng)力集中，使混凝土長(zhǎng)期處于疲勞狀態(tài)而引起裂縫。三是在施工過程中，由于脹縫處于模板端頭，拆模時(shí)容易損壞，或脹縫中的雜物未清除干凈，導(dǎo)致脹縫兩側(cè)混凝土板連接，混凝土膨脹時(shí)受擠壓產(chǎn)生裂縫。

1.5 凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時(shí)混凝土凝膠孔中的過冷水（結(jié)冰溫度在-78qC以下）在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時(shí)受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%-50%。冬季施工時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。

溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng)；骨料中含泥土等雜質(zhì)過多；混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí)；養(yǎng)護(hù)不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。冬季施工時(shí)，采用電氣加熱法、暖棚法、地下蓄熱法、蒸汽加熱法養(yǎng)護(hù)以及在混凝土拌和水中摻入防凍劑（但氯鹽不宜使用），可以保證混凝土在低溫或負(fù)溫條件下硬化。

2 混凝土裂縫的預(yù)防

2.1 表面龜裂

路面基層施工要嚴(yán)格按規(guī)范要求選擇合格材料，保證路面基層設(shè)計(jì)厚度及頁面標(biāo)高，保證壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。嚴(yán)格按規(guī)范要求養(yǎng)生（至少l0d以上）.做好交通管制，禁止行車早期碾壓，保證基層不開裂，表面保持平整。面層攤鋪前，要進(jìn)行全面破損檢查和修復(fù)，著重注意基層裂縫的修復(fù)處置。

混凝土面板施工要嚴(yán)格按規(guī)范要求選擇滿足質(zhì)量指標(biāo)及穩(wěn)定性要求的材料，嚴(yán)格控制配合比和坍落度保證混凝土質(zhì)量，并且振搗要密實(shí)，做好施工縫、縮縫、脹縫的處置，防止路表水滲入路基。在保證強(qiáng)度的前提下，盡可能用低標(biāo)號(hào)水泥、水化熱小的水泥或者是礦水泥；拌和時(shí)水泥溫度不得高于50℃、不宜低于10℃，并且要嚴(yán)格控制養(yǎng)生，保證表面的濕度，夏季高溫季節(jié)應(yīng)采取薄膜覆蓋且封閉嚴(yán)密，要定時(shí)注水；適時(shí)掌握鋸縫，保證切縫的有效性。

2.2 控制溫度的措施

降低混凝土的入模溫度：施工過程中對(duì)碎石進(jìn)行灑水降溫.堆砂場(chǎng)采取遮陽措施，使用散裝水泥進(jìn)行二次倒庫，以降低水泥溫度。施工過程中對(duì)混凝土進(jìn)行分層澆筑或分塊澆筑，每層厚度30-40cm，并形成自然坡度，有利于混凝土的散熱。在混凝土內(nèi)部安裝水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以加速混凝土內(nèi)部的散熱。控制混凝土表面溫度：對(duì)混凝土進(jìn)行保溫對(duì)防止混凝土開裂十分重要，從溫度應(yīng)力的觀點(diǎn)出發(fā)可以減少混凝土表面的熱功散發(fā)和降低其表面溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫，同時(shí)可延長(zhǎng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度的潛力和材料的松弛特性，使平均總溫差對(duì)混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度，防止產(chǎn)生貫穿性裂紋。經(jīng)過計(jì)算.我們?cè)诨炷砻娓采w單層塑料薄膜和雙層麻袋作為保溫層，該養(yǎng)護(hù)方法相當(dāng)于200cm厚的混凝土等效厚度，并在混凝土終凝后間歇澆灑溫水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，從而控制混凝土內(nèi)外溫差在25-30℃之間。

2.3 混凝土干縮裂縫防治措施

嚴(yán)格控制混凝土施工配合比，妥善選用混凝土的材料與配比。嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量、選擇級(jí)配良好和干凈的石子、砂子，減小空隙率和砂率以減少收縮量，提高混凝土抗裂強(qiáng)度。

混凝土的二次振搗（混凝土初凝之前再振搗一次還能夠提高混凝土的密實(shí)度，封閉第一次振搗過程中水分、空氣上升在混凝土中形成的微孔，減少混凝土中的孔隙率，提高混凝土的抗裂性。

在混凝土入模前，先將基層和模板澆水濕透，避免過多吸收水分，澆搗過程中應(yīng)做到既振搗充分又避免過度，條件允許的情況下可以在混凝土初凝之前再振搗一次。

2.4 加強(qiáng)混凝土的測(cè)溫工作

為及時(shí)掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值，在承臺(tái)內(nèi)埋設(shè)若干個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，采用L形布置，每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)埋設(shè)溫管2根，一根管底埋置于承臺(tái)混凝土的中心位置，測(cè)量混凝土中心的最高溫升.另一根管底距承臺(tái)上表面100mm，測(cè)量混凝土的表面溫度，測(cè)溫管均露出混凝土表面100mm。用100mm的紅色水銀溫度計(jì)測(cè)溫，以方便讀數(shù)。第1-5d每2h測(cè)溫1次，第6d后每4h測(cè)溫1次，測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。從已有施工經(jīng)驗(yàn)的測(cè)溫情況看，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在35d內(nèi)產(chǎn)生，3d內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升.內(nèi)外溫差值在200C左右，控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

2.5 化學(xué)作用引起的裂縫預(yù)防措施

混凝土澆筑時(shí)，合理支設(shè)鋼筋保護(hù)層墊塊，澆筑混凝土過程中加強(qiáng)檢查，以保證鋼筋相對(duì)位置的準(zhǔn)確及保護(hù)層厚度；振搗密實(shí)：表面壓實(shí)抹光?？刂坪没炷猎牧系膲A含量（定時(shí)抽查檢測(cè)），盡量少用有活性成分的骨料，混凝土使用過程中給予一定的防護(hù)。

[1]王鳳權(quán).預(yù)制梁板常見問題及解決辦法[N].中國(guó)建設(shè)報(bào).2003年

[2]陳萌.混凝土結(jié)構(gòu)收縮裂縫的機(jī)理分析與控制[D].武漢理工大學(xué).2006年

[3]楊波.部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)變形性能研究及有限元分析[D].合肥工業(yè)大學(xué).2004年