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【摘 要】 本文以桥梁工程大体积混凝土裂缝问题为研究对象，从大体积混凝土裂缝产生的机理分析、其他影响因素分析以及裂缝防范措施等相关内容进行了较详尽的分析，希望能够抛砖引玉，引起公路桥梁工程各方参建人员对大体积混凝土裂缝的特别关注与重视。
【关键词】 大体积混凝土；裂缝成因；防范措施
随着我国公路交通行业的不断发展，高速公路及国省道工程建设中桥梁工程占比越来越大，跨越公路、铁路、航道的大型桥梁越来越多，桥梁结构如承台基础、墩台身、承重箱梁等也越来越大型化，构件浇筑混凝土方量常常有几百方、几千方。施工过程中大体积混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁建设技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以避免或控制的。为了进一步加强对大体积混凝土裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的深层裂缝和贯穿裂缝，本文尽可能对大体积混凝土裂缝产生的原因作较全面的分析、总结，并提出防治意见，达到防范与修护并举的作用。
一、大体积混凝土裂缝产生的机理分析
大体积混凝土的裂缝表现形式根据其深浅和对结构物的危害程度可以分为三种类型：表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝，这也是混凝土硬化过程中不同阶段其内部矛盾发展的结果。
1、大体积积混凝土裂缝多由变形变化引起，即桥梁结构构件要求变形，当变形受到约束不能自由变形时产生应力，当该应力超过构件混凝土抗拉强度时就引起裂缝，它与变形大小与关，又与约束的强弱有关。
混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小，随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相识提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。因此温度应力是导致产生裂缝的最主要原因。
2、第一阶段，大体积混凝土浇筑后最初3-5天，水泥水化产生大量水化热，使混凝土温度很快上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而温度上升较少；而大体积混凝土内部由于受截面尺寸限制，散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，因变形不同形成内约束。结果在混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生细微裂缝。该表面裂缝不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展，造成混凝土结构耐久性降低。
3、第二阶段，大体积混凝土浇筑约7天后，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到结构边界条件的外约束，不能自由变形，导致产生温度拉应力，当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始开裂形成温度裂缝，切开结构断面，具有一定危害性。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝，破坏结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。因此，在施工中应尽一切可能坚决杜绝贯穿裂缝。
二、桥梁结构大体积混凝土裂缝产生的其他影响因素
1、在桥梁结构大体积混凝土施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝产生有重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热升温和结构散热降温等各种温度的叠加之和。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，内部混凝土温升也越高；如果外界温度下降，会增加结构外层混凝土的降温幅度，特别在冬季施工大体积混凝土，当外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。温度应力是由大体积混凝土内外温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大，也更易产生裂缝。
2、混凝土的收缩变形也可产生收缩应力，引起混凝土开裂。混凝土的拌和用水中，只有约20%的水分是水泥水化所必须的，其余的80%都要被蒸发掉。混凝土中水泥在水化过程中也要产生体积变形，多数是收缩变形。若此收缩变形受到约束限制，就会产生收缩应力。大体积混凝土的降温历时较长，若温度应力和混凝土收缩应力叠加，将进一步加剧大体积混凝土的开裂。
3、施工管理方面原因。混凝土配合比选配不当：砂率过大、粗骨料偏少、水泥用量多，此时混凝土和易性好，易于浇筑，但振捣后混凝土上部水泥浆多、粗骨料少，混凝土抗拉强度低，容易产生表面裂缝。混凝土养护不到位：混凝土浇筑后的养护期内（一般要求14-21天），做好养护对混凝土的成品质量至关重要；若养护不到位，如炎热夏季洒水不及时不均匀、冬季覆盖保温措施未做好，混凝土极易出现收缩应力和温度应力，从而导致混凝土产生不应有的开裂。
三、桥梁工程大体积混凝土结构裂缝防治措施探讨
大体积混凝土结构不易散热，其内部温度可达50-60℃以上，有时高达80℃，而且降温阶段延续时间较长，为此采取合理的温度控制措施和施工技术措施，防止大体积混凝土内外温差悬殊引起过大的温度应力，显得十分重要。
1、有针对性地进行大体积混凝土的配合比设计，优选混凝土原材料，目的是降低水化热并使混凝土具有较大的抗裂能力。
（1）在满足设计、施工要求的情况下，宜减少混凝土的单位水泥用量，并选用中低热水泥；综合考虑混凝土耐久性的情况下，胶凝材料中可适当增加粉煤灰或磨细矿渣的掺量。这些措施有助于从源头减少总的发热量，降低大体积混凝土内部温升，减少混凝土内外过大温差，抑制混凝土裂缝出现；掺用粉煤灰并且可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少混凝土收缩，抑制碱集料反应，减少新拌混凝土的泌水等。
（2）宜选用线膨胀系数小、有害杂质含量低的连续级配骨料，条件许可时，应尽可能使用粒径大的骨料，并在经济合理情况下掺用钢纤维或有机合成纤维以提高混凝土的抗拉强度。骨料本身的抗拉强度远大于水泥胶体，采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。 （3）外加剂选用缓凝型减水剂，延缓水化放热时间，避免混凝土温升过快、过高。
2、大体积混凝土施工期温度的控制，目的是使混凝土内外温差不超过25℃或设计要求值，防止出现温度裂缝。
（1）控制混凝土的入模温度。冷天浇筑时混凝土入模温度不低于5℃，其他季节施工时混凝土入模温度不高于30℃。充分利用春秋低温季节，避免夏季高温时浇筑混凝土。若夏季施工，应在骨料堆场搭设通风良好的遮阳棚，并使骨料在遮阳棚内存2-3天再用，应尽量利用温度稍低的夜间施工；水泥要降到自然温度后方能使用；宜使用低温拌合水如自来水、合格地下水。
（2）混凝土早期升温阶段要采取散热降温措施，顶面洒水或用流动水散热，在混凝土内部设置冷却水管，用冷却水降低混凝土内部温升。混凝土降温阶段，应采取保温措施，寒冷季节应规定合理的拆模时间，推迟拆模。气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度变化；对于地下结构如大体积承台，应尽早进行回填保温，减少干缩。
3、合理地设置分缝分块，分层浇筑混凝土；岩石地基表面宜处理平整，防止因应力集中而产生裂缝，在地基与结构之间可设置缓冲层，减小约束；合理地安排施工工序，可采取跳仓浇筑和设置闭合块的方法，减少一次浇筑长度。
裂缝是大体积混凝土桥梁结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低桥梁结构物的抗渗能力，影响结构物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响桥梁的承载能力，因此要对大体积混凝土裂缝进行认真研究，分析裂缝成因，贯彻预防为主的原则，加强设计施工管理，确保结构安全和避免不必要的损失。一旦产生裂缝，应全面调查分析，查明原因，取得加固依据，在选择处理方法上，应比较论证，综合考虑，以求施工方便，经济高效。在桥梁施工过程中，只要严格控制好材料质量、施工工艺、以及现场的施工管理，根据现场条件，材料特点，气温等多种因素，采取合理的措施，就能有效地控制裂缝的产生，确保工程质量。
参考文献：
【1】 中华人民共和国行业标准. JTG/T F50―2011 公路桥涵施工技术规范〔S〕.北京：人民交通出版社，2011.
【2】 中华人民共和国行业标准. JTG 060―2004 公路桥涵设计通用规范〔S〕.北京：人民交通出版社，2004.
【3】 中华人民共和国行业标准. JTG 062―2004 公路钢筋混泥土及预应力混泥土桥涵设计规范〔S〕. 北京：人民交通出版社，2004.
【4】 叶彦朝，公路桥梁工程施工中混凝土裂缝的防治措施探讨，《科技致富向导》 2012年17期
【关键词】 大体积混凝土；裂缝成因；防范措施
随着我国公路交通行业的不断发展，高速公路及国省道工程建设中桥梁工程占比越来越大，跨越公路、铁路、航道的大型桥梁越来越多，桥梁结构如承台基础、墩台身、承重箱梁等也越来越大型化，构件浇筑混凝土方量常常有几百方、几千方。施工过程中大体积混凝土开裂可以说是“常发病”和“多发病”，经常困扰着桥梁建设技术人员。其实，如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以避免或控制的。为了进一步加强对大体积混凝土裂缝的认识，尽量避免工程中出现危害较大的深层裂缝和贯穿裂缝，本文尽可能对大体积混凝土裂缝产生的原因作较全面的分析、总结，并提出防治意见，达到防范与修护并举的作用。
一、大体积混凝土裂缝产生的机理分析
大体积混凝土的裂缝表现形式根据其深浅和对结构物的危害程度可以分为三种类型：表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝，这也是混凝土硬化过程中不同阶段其内部矛盾发展的结果。
1、大体积积混凝土裂缝多由变形变化引起，即桥梁结构构件要求变形，当变形受到约束不能自由变形时产生应力，当该应力超过构件混凝土抗拉强度时就引起裂缝，它与变形大小与关，又与约束的强弱有关。
混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小，随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相识提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。因此温度应力是导致产生裂缝的最主要原因。
2、第一阶段，大体积混凝土浇筑后最初3-5天，水泥水化产生大量水化热，使混凝土温度很快上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，因而温度上升较少；而大体积混凝土内部由于受截面尺寸限制，散热条件较差，热量散发少，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，因变形不同形成内约束。结果在混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生细微裂缝。该表面裂缝不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处断面削弱且易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展，造成混凝土结构耐久性降低。
3、第二阶段，大体积混凝土浇筑约7天后，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形，受到结构边界条件的外约束，不能自由变形，导致产生温度拉应力，当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始开裂形成温度裂缝，切开结构断面，具有一定危害性。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝，破坏结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。因此，在施工中应尽一切可能坚决杜绝贯穿裂缝。
二、桥梁结构大体积混凝土裂缝产生的其他影响因素
1、在桥梁结构大体积混凝土施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土裂缝产生有重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热升温和结构散热降温等各种温度的叠加之和。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，内部混凝土温升也越高；如果外界温度下降，会增加结构外层混凝土的降温幅度，特别在冬季施工大体积混凝土，当外界气温骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。温度应力是由大体积混凝土内外温差引起的变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大，也更易产生裂缝。
2、混凝土的收缩变形也可产生收缩应力，引起混凝土开裂。混凝土的拌和用水中，只有约20%的水分是水泥水化所必须的，其余的80%都要被蒸发掉。混凝土中水泥在水化过程中也要产生体积变形，多数是收缩变形。若此收缩变形受到约束限制，就会产生收缩应力。大体积混凝土的降温历时较长，若温度应力和混凝土收缩应力叠加，将进一步加剧大体积混凝土的开裂。
3、施工管理方面原因。混凝土配合比选配不当：砂率过大、粗骨料偏少、水泥用量多，此时混凝土和易性好，易于浇筑，但振捣后混凝土上部水泥浆多、粗骨料少，混凝土抗拉强度低，容易产生表面裂缝。混凝土养护不到位：混凝土浇筑后的养护期内（一般要求14-21天），做好养护对混凝土的成品质量至关重要；若养护不到位，如炎热夏季洒水不及时不均匀、冬季覆盖保温措施未做好，混凝土极易出现收缩应力和温度应力，从而导致混凝土产生不应有的开裂。
三、桥梁工程大体积混凝土结构裂缝防治措施探讨
大体积混凝土结构不易散热，其内部温度可达50-60℃以上，有时高达80℃，而且降温阶段延续时间较长，为此采取合理的温度控制措施和施工技术措施，防止大体积混凝土内外温差悬殊引起过大的温度应力，显得十分重要。
1、有针对性地进行大体积混凝土的配合比设计，优选混凝土原材料，目的是降低水化热并使混凝土具有较大的抗裂能力。
（1）在满足设计、施工要求的情况下，宜减少混凝土的单位水泥用量，并选用中低热水泥；综合考虑混凝土耐久性的情况下，胶凝材料中可适当增加粉煤灰或磨细矿渣的掺量。这些措施有助于从源头减少总的发热量，降低大体积混凝土内部温升，减少混凝土内外过大温差，抑制混凝土裂缝出现；掺用粉煤灰并且可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少混凝土收缩，抑制碱集料反应，减少新拌混凝土的泌水等。
（2）宜选用线膨胀系数小、有害杂质含量低的连续级配骨料，条件许可时，应尽可能使用粒径大的骨料，并在经济合理情况下掺用钢纤维或有机合成纤维以提高混凝土的抗拉强度。骨料本身的抗拉强度远大于水泥胶体，采用连续级配的骨料，可以提高骨料在混凝土中的所占体积，能大幅度降低水泥用量，从而间接地降低水化热。 （3）外加剂选用缓凝型减水剂，延缓水化放热时间，避免混凝土温升过快、过高。
2、大体积混凝土施工期温度的控制，目的是使混凝土内外温差不超过25℃或设计要求值，防止出现温度裂缝。
（1）控制混凝土的入模温度。冷天浇筑时混凝土入模温度不低于5℃，其他季节施工时混凝土入模温度不高于30℃。充分利用春秋低温季节，避免夏季高温时浇筑混凝土。若夏季施工，应在骨料堆场搭设通风良好的遮阳棚，并使骨料在遮阳棚内存2-3天再用，应尽量利用温度稍低的夜间施工；水泥要降到自然温度后方能使用；宜使用低温拌合水如自来水、合格地下水。
（2）混凝土早期升温阶段要采取散热降温措施，顶面洒水或用流动水散热，在混凝土内部设置冷却水管，用冷却水降低混凝土内部温升。混凝土降温阶段，应采取保温措施，寒冷季节应规定合理的拆模时间，推迟拆模。气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度变化；对于地下结构如大体积承台，应尽早进行回填保温，减少干缩。
3、合理地设置分缝分块，分层浇筑混凝土；岩石地基表面宜处理平整，防止因应力集中而产生裂缝，在地基与结构之间可设置缓冲层，减小约束；合理地安排施工工序，可采取跳仓浇筑和设置闭合块的方法，减少一次浇筑长度。
裂缝是大体积混凝土桥梁结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低桥梁结构物的抗渗能力，影响结构物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响桥梁的承载能力，因此要对大体积混凝土裂缝进行认真研究，分析裂缝成因，贯彻预防为主的原则，加强设计施工管理，确保结构安全和避免不必要的损失。一旦产生裂缝，应全面调查分析，查明原因，取得加固依据，在选择处理方法上，应比较论证，综合考虑，以求施工方便，经济高效。在桥梁施工过程中，只要严格控制好材料质量、施工工艺、以及现场的施工管理，根据现场条件，材料特点，气温等多种因素，采取合理的措施，就能有效地控制裂缝的产生，确保工程质量。
参考文献：
【1】 中华人民共和国行业标准. JTG/T F50―2011 公路桥涵施工技术规范〔S〕.北京：人民交通出版社，2011.
【2】 中华人民共和国行业标准. JTG 060―2004 公路桥涵设计通用规范〔S〕.北京：人民交通出版社，2004.
【3】 中华人民共和国行业标准. JTG 062―2004 公路钢筋混泥土及预应力混泥土桥涵设计规范〔S〕. 北京：人民交通出版社，2004.
【4】 叶彦朝，公路桥梁工程施工中混凝土裂缝的防治措施探讨，《科技致富向导》 2012年17期