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【摘 要】随着我国建筑业的蓬勃发展，对桥梁建造规模和技术要求越来越高，大体积混凝土的应用也是越来越多，大体积混凝土的裂缝问题得到了足够的重视。本文介绍了大体积混凝土产生裂缝的原因，并对其进行研究分析。
【关键词】桥梁工程；大体积混凝土；水化热；裂缝
随着桥梁技术的突飞猛进，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明，混凝土结构裂缝是不可避免的，只是如何使有害程度控制在某一有效范围之内。混凝土是多种材料组成的一种混合体，是一种脆性材料，在受到温度、压力和外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。为了防止裂缝，我们不仅要控制大体积混凝土内部最高温度和内外温差，还要从改善结构约束条件，混凝土性能等方面进行控制。
大体积混凝土其裂缝的成因复杂而繁多，是由多种因素引起的，大致可划分如下几种：
1、水化热。我们都知道，水泥水化过程中放出大量的热，致使内部温度升高，内外温差大，就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
2、外界温差。大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。如：年温差、日照、骤然降温、突降大雨、冷空气侵袭等可导致结构外表面温度突然下降。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。
3、收缩。在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的，混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。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（支撑条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。混凝土在硬化初期是由于水泥石在水化凝固过程中产生体积的变化，而后期是在混凝土内部水分蒸发导致的干缩变形。
4、其他因素。结构物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出现裂缝，这种裂缝称之为荷载裂缝。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。
（2）外加剂的使用。采用减水剂，如缓凝高效减水剂；采用膨胀剂，如广泛使用u型膨胀剂无水硫铝酸钙或硫酸铝。试验表明，在混凝土添加了膨胀剂之后混凝土内部产生的膨胀应力，可以抵消一部分混凝土的收缩应力，这样，相应地提高混凝土抗裂强度。
（2）施工技术。在混凝土的内部及外部都设置温度测点，有保温材料温度的测点和养护水分的温度测点，温度的监测数据由数据采集仪采集并整理分析。每个测点的温度值和各测位的中心测点与表层测点的温差，是作为调整控温措施的重要依据。为反映温控效果可以在少数混凝土中放应变计检测温度应力，应变计要沿着水平方向放置，这样可以检测水平方向应力分量。防治混凝土裂缝，在新浇混凝土的早期养护是很重要，这样可以保证混凝土减少产生收缩。尽量避免在雨天及大风天浇灌混凝土。在夏季需要注意混凝土的浇捣温度，最好采取低温入模和低温养护，最好不要让砼在太阳下直接爆晒。施工过程中应对碎石洒水降温，保证水泥库通风良好，自来水预可先放入地下蓄水池中降温。
（2）机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5～15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。
（3）对于大体积混凝土，一般采用通水冷却法、蓄水养生、保温养护等措施。通水冷却法采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中带没冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及温度。保温养护法利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差。
（2）混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，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、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3～4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
（3）混凝土温度监测。在混凝土内部 外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。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方向应力分量。
参考文献：
王江涛，李宏斌.大体积混凝土裂缝预控技术的应用与探究[J].科技创新导报，2009
【关键词】桥梁工程；大体积混凝土；水化热；裂缝
随着桥梁技术的突飞猛进，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明，混凝土结构裂缝是不可避免的，只是如何使有害程度控制在某一有效范围之内。混凝土是多种材料组成的一种混合体，是一种脆性材料，在受到温度、压力和外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。为了防止裂缝，我们不仅要控制大体积混凝土内部最高温度和内外温差，还要从改善结构约束条件，混凝土性能等方面进行控制。
一、大体积混凝土裂缝产生的主要原因
经过笔者多年在桥梁工程施工一线参加实践工作，对大体积混凝土产生裂缝的原因这方面有一定的了解，总结如下：大体积混凝土其裂缝的成因复杂而繁多，是由多种因素引起的，大致可划分如下几种：
1、水化热。我们都知道，水泥水化过程中放出大量的热，致使内部温度升高，内外温差大，就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
2、外界温差。大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。如：年温差、日照、骤然降温、突降大雨、冷空气侵袭等可导致结构外表面温度突然下降。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温差梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。
3、收缩。在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的，混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。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（支撑条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。混凝土在硬化初期是由于水泥石在水化凝固过程中产生体积的变化，而后期是在混凝土内部水分蒸发导致的干缩变形。
4、其他因素。结构物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出现裂缝，这种裂缝称之为荷载裂缝。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。
二、大体积混凝土裂缝控制技术
1、大体积混凝土配合比设计
（1）原材料选用。由于水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温生，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、中热硅酸盐水泥等，并尽可能减少水泥用量。细骨料宜采用2区中砂，因为使用中砂比用细砂可减少水及水泥的用量。在可泵送情况下粗骨料，选用粒径5-20mm连续级配石子，以减少混凝土收缩变形。使用掺合料，应用添加粉煤灰技术。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，推移温升峰值出现时间。（2）外加剂的使用。采用减水剂，如缓凝高效减水剂；采用膨胀剂，如广泛使用u型膨胀剂无水硫铝酸钙或硫酸铝。试验表明，在混凝土添加了膨胀剂之后混凝土内部产生的膨胀应力，可以抵消一部分混凝土的收缩应力，这样，相应地提高混凝土抗裂强度。
2、温差裂缝控制技术
（1）材料的选择。由于所采用水泥的质量直接影响混凝土温生和水化热，随着温度的变化发生变化，变得扩张或者合拢，所以在原材料选用方面尤为重要。大体积混凝土应该选择水化热相对较低的水泥，例如中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥等，还应尽可能的减少水泥的用量。在细骨料方面最好采用中砂，因为中砂可减少水和水泥的用量。在外加剂的使用方面也有几点需要注意，采用减水剂和膨胀剂，在混凝土内部会产生的膨胀应力，可以抵消部分混凝土的收缩应力，提高混凝土的抗裂强度。（2）施工技术。在混凝土的内部及外部都设置温度测点，有保温材料温度的测点和养护水分的温度测点，温度的监测数据由数据采集仪采集并整理分析。每个测点的温度值和各测位的中心测点与表层测点的温差，是作为调整控温措施的重要依据。为反映温控效果可以在少数混凝土中放应变计检测温度应力，应变计要沿着水平方向放置，这样可以检测水平方向应力分量。防治混凝土裂缝，在新浇混凝土的早期养护是很重要，这样可以保证混凝土减少产生收缩。尽量避免在雨天及大风天浇灌混凝土。在夏季需要注意混凝土的浇捣温度，最好采取低温入模和低温养护，最好不要让砼在太阳下直接爆晒。施工过程中应对碎石洒水降温，保证水泥库通风良好，自来水预可先放入地下蓄水池中降温。
3、混凝土收缩的养护
（1）为减小混凝土塑性收缩，施工时应控制水灰比，避免过长时间的搅拌，下料不宜太快，振捣要密实，竖向变截面处宜分层浇筑。良好的养护可加速混凝土的水化反应，获得较高的混凝土强度。养护时保持湿度越高、气温越低、养护时间越长，则混凝土收缩越小。蒸汽养护方式比自然养护方式混凝土收缩要小。（2）机械振捣方式比手工捣固方式混凝土收缩性要小。振捣时间应根据机械性能决定，一般以5～15s/次为宜。时间太短，振捣不密实，形成混凝土强度不足或不均匀；时间太长，造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，上层易发生收缩裂缝。
（3）对于大体积混凝土，一般采用通水冷却法、蓄水养生、保温养护等措施。通水冷却法采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中带没冷却水管，冷却水管使用前进行试水，防止管道漏水和阻塞，根据混凝土内部温度监测，控制冷却水管进水流量及温度。保温养护法利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差。
4、施工现场控制技术
（1）温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场和温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准，进行保温养护优化选择。（2）混凝土浇筑方案。采用延缓温差梯度和降温梯度的措施，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、前后浇筑的搭接时间；控制混凝土入温度并加强振捣，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，保证振捣密实，严防漏振和过振，确保混凝土均匀密实；做好现场协调组织管理，要有充足的人力、物力、保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，一般浇筑后3～4h内初步用木长刮尺刮平，初凝前用铁滚筒碾压2遍，再用木抹子搓平压实，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。
（3）混凝土温度监测。在混凝土内部 外部设置温度测点，设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析。每一测点的温度值、各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。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方向应力分量。
三、结束语
综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是成功的工程实例告诉我们，在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控制在充许的范围内。参考文献：
王江涛，李宏斌.大体积混凝土裂缝预控技术的应用与探究[J].科技创新导报，2009
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