1、水泥砼路面早期裂缝危害及潜在问题的探讨桥梁工程 大体积混凝土裂缝 原因 控制 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。我国普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1 m的部位所用的混凝土即为大体积混凝土；美国则规 定为：任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。而对温度荷载引起得有关裂缝的研究尚不充分。我们应对此加以重视，防止危害结构的裂缝产生。另外 对于大体积混凝土内温度应力与裂缝控制也多集中在水利工程中的大坝、高层建筑的深基础底板。而对于桥梁中大体积混凝土的裂缝的研究并
2、未得到足够的重视。本文将对此进行分析，探讨裂缝出现的原因及控制措施。大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的110左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉 应力要由混凝土本身来承担。1.1水泥水化热的影响水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m来混凝土将放出 17500KJ27500KJ的热量，从而使混凝土内部
3、升高。（可达70 左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，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。1.2 混凝土的收缩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（支承条件、 钢筋等），将在混凝土中 产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收 缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸
4、发而引起的干缩变形。1.3 外界气温湿度变化的影响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。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。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度梯度。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。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。2.1 大体积混凝土中水泥的品种及用量理论研究表明大体积混凝土产生裂
5、缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙（C3 混凝土减少水泥40 Kg 70 Kg左右，混凝土内部的温度相应降低47。2.2 掺加外加料和外加剂在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作度，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择。UFA
6、膨胀剂，它可以等量替换水泥。并且是混凝土产生适度的膨胀。一方面保 证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。减水缓凝剂，并应保证一定的坍落度。这样可以延缓水化热的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以达到减少水化热的目的。2.3 大体积混凝土的骨料控制在骨料的选择上应该选取粒径大强度高级配好的骨料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减小了混凝土裂缝的开展。2.4 优化大体积混凝土的设计虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，我们还是可以在裂缝易发生部位如孔洞周围以及转角处布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应
7、力，这样可以有效的控制裂缝的发展。为了避免裂缝的出现，在 设计中利用中低强度底水泥充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度。对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。水泥砼路面 早期裂缝危害 潜在问题 探讨 水泥砼路面的突出优点是：强度高，使用周期长，正常维护费用低；其突出缺点是：一次性投资大，对损坏难以修复。截至2003年底止，汕尾市区现已修建的水泥砼路面达到38万平方米。为加强汕尾市区的基础设施建设，今后汕尾市区在市政道路建设方面将会继续加大资金投入，以进一步改善市区的道路交通状况。因此，如何 进一步利用水泥砼路面的优点，
8、克服其缺点，延长使用年限，对今后砼路面的修建是有实际意义的。在砼路面的施工中，无论在技术上，在管理上，仍有不少教训，值得我们去反思研讨。水泥砼路面早期裂缝危害的潜在因素及防治就是其中的重要课题。 早期裂缝是水泥砼路面常见病害之一，由于它是以裂缝形式出现，修补较困难。整 块敲掉，又实属可惜，重新浇筑将会影响工期和浪费资金。因此如何消除和防治早裂病害，对道路工作者来说是一项必须努力攻克的课题。对早期裂缝的概念，特别是时间段的概念， 认识并不统一， 这里不作详述。本文所指的早期裂缝是指：凡是在道路开放交通前产生的裂缝，均称作早期裂缝。回顾汕尾市近十多年来，随着水泥砼路面的发展，其病害也不断出现，特
9、别是在夏季或冬季施工的路面，早期裂缝的现象更为严重。例如香港大道、香洲路西段、林荫路、海宁路、城南路、吉祥路等均有不同程度的早期裂缝出现。可见，早期裂缝对砼路面的危害十分普遍，对其如何防护和处理显得十分重要。根据“早裂”的潜在成因及外部条件的影响，初步归纳后，可将早期裂缝分为四种，分别是：沉降裂缝；干缩裂缝；温度裂缝；施工裂缝。（一）沉降裂缝砼浇筑后，水泥和骨料自然下沉，同时引起泌水，在沉降过程中发生的裂缝。产生沉降裂缝主要原因，是砼浇筑后，水泥和骨料在下沉阶段，如受到 钢筋和其它埋件的局部阻碍、模板移动、基础沉降，使 该处砼产生拉应力和剪 应力时，该处就会产生沉降裂缝。裂缝一般均在浇筑后13
10、小时产生，属硬化前裂缝。发现后迅速进行处理，可重新加压抹平，使裂缝闭合，能达到较好效果。沉降是砼特性之一，完全避免是不可能的。但沉降有一定限度，随着各粒子间的相互接触，水泥浆的逐步凝结，将导致沉降停止。沉降量与单位用水量成正比。即单位用水量愈大，泌水率愈大，沉降量也愈大。为防止和减少沉降裂缝，应从以下三方面着手：（1）在保证砼和易性的条件下，降低砼的单位用水量，使用干硬性砼。（2）选择在沉降结束以前快速硬化，而又不失去粘结力的水泥和外加剂。（3）施工良好震捣，消除因泌水产生的水膜而减少砼沉降。（二）干缩裂缝水泥砼浇筑后，在硬化的过程中，由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小，加上游离水在空
11、气中蒸发及凝胶体失水而紧缩，随着砼何体积收缩产生拉应力，当拉应力大于当时砼的抗拉强度，而产生干缩裂缝。裂缝的主要特征：表面开裂， 纵横交错，没有一定规律；缝宽和长度都很小，与 发丝相似，不注意时较难发现。干缩裂缝是砼路面早期裂缝中最常见危害之一。因内外研究资料表明，砼的干燥收缩也是砼特性之一，正是因为这一特征，能使 砼密实，提高 砼与钢筋之间的粘结力。但是干缩量超过一定程度就会产生裂缝。干缩裂缝的产生与使用材料、配合比、板块尺寸、养护条件、外加剂等有密切关系，根据对干缩裂缝的认识，对其成因分述如下：（1）在冬季或夏季施工，往往由于养护不及时， 让砼风吹日晒，造成 砼表面水分蒸发速度过快，超过了
12、泌水速度，因而产生干缩裂缝。（2）对于塑性砼来说，从凝结到硬化结束，就是早期收缩期间，也是 砼快速失去塑性的过程。此时，如果砂率过大，石料含泥量 过多，或是采用干缩量较大的水泥，都会造成砼过量收缩而产生裂缝。多年实践证明：水泥标号越高，收缩越大；矿渣水泥比普通水泥收缩大；级配骨料粒径越小，收缩愈大；生产干缩裂缝危害的机会就越大。为防止干缩裂缝产生，首要任务是消除一切可能诱导“ 干裂 ”产生的因素。主要应从以下三方面入手；（1）根据不同气候条件，选用合理级配。正确 选用水泥、石料、砂率、用水量、外掺剂等，从减少干缩率，来防止干缩裂缝。（2）严格施工管理，防止水分过量蒸发， 捣筑后，及时采用凉棚或
13、其它遮盖物，将砼覆盖起来，避免风吹干燥，日光直接照射， 进入养护 期后，注意养生。（3）不同外加剂及剂量，对砼干缩率有一定影响。因此， 掺配外加剂前应对干缩率作试验后，再确定是否掺配和掺配量。（三）温度裂缝水泥砼具有热胀冷缩的性质。由于水泥水化作用，是伴随发热的化学反应，所以，在硬化的过程中释放大量热能，使温度上升。经参考有关实测资料，在通常温度范 围内，砼温度上升1，每米膨 胀0.01毫米。 这种温度变形，对大面积砼板块，极为不利。砼路面板的内部温度增高有时可达到4060 ，使内部砼产生显著的体积膨胀，而板面砼随着晚上气温降低，湿水养护而冷却收缩。内部膨胀与外部收缩，互相制 约，产生很大拉应
14、力，而外部砼所受拉应力一旦超过砼当时的极限抗拉强度时，板块就会产生裂缝。经几年来现场观察温度裂缝的结果是：横向裂缝多于纵向裂缝，板中裂缝多于板边裂缝，缝宽大小不一，受温度影响大。另外，在某些路段，因踞缝不及时，而在靠近设计伸缩缝处，发生了走向较规则的温度裂缝， 这种情况在香港大道施工时曾多次出现。对温度裂缝的处理，尚未较成熟的办法。按常 规整块打掉，返工重 浇，浪费较大。我市常用办法是用切割机垂直切除损坏部分，破除运走，重新浇筑单层钢筋砼，以保 证损坏块的强度及稳定性。对于温度裂缝，应该树立以防为主的思想。在施工管理的过程中，我 们积累了不少的好经验和预防措施。综合起来，主要有下面三条：（1）
15、砼单位骨料用量愈大，其热膨胀系数愈小。水泥浆含量愈多， 则砼膨胀系数愈大。因此，合理选择级配，采用水化 热较低水泥，减少水泥及用水量，降低砼膨胀值，是防止温度裂缝的主要途径。（2）施工管理中，应注意人工降温措施，对表层砼采取保温保湿防护措施，减少温度变形。（3）对于大面积砼路面施工，应该做到及时锯缝， 这是防止温度裂缝的有效措施。（四）施工裂缝除了上述肉眼可见的裂缝外，许多学者对砼变形与破坏的内在原因进行了研究。认为砼在外力作用下的变形裂缝是内部裂缝的发展，是量变到质变的具体现。这一新的启迪，导致对砼变形破坏原因的研究向前迈进了一大步，为砼开创了新的研究领域即对砼内部的研究。所谓微裂缝，是每一
16、种肉眼无法看到，只有用显微镜或超声波探测器才能发现的裂缝。这种由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素产生的微裂缝，在未受外力作用之前，就存在于砼内部。对于微裂缝，就其存在来说，它是 诱发早期裂缝的潜在因素。就其发展来看，它是路面在通车受力后，大开裂或变形破坏的祸根之一。所以我们在研究早期裂缝病害中，应该首先认识和掌握微裂缝的产生和发展基因，才能从根本上防止和消除微裂缝。随着对微裂缝研究的发展，目前已观测到对水泥砼力学性质具有很大影响的微裂缝主要有三种：（1）界面裂缝界面裂缝存在于砂浆和粗骨料粘结面上。由于砼硬化过程中，砂浆的水化作用和收缩引起砂浆体积变化而产生的应力，破坏了砂浆和粗骨料界面间的粘结力
17、，而形成杂乱无章分布的微细裂缝。另一原因，是砼成型后的泌水作用，某些上升的水分为骨料所阻，因而聚集于粗骨料的下缘，妨碍粘结而成为界面裂缝， 这种裂缝对砼的变形性质起着重要的作用。（2）砂浆裂缝砂浆本身产生的裂缝。主要由水泥含碱量和温度变化引起砂浆膨胀而生产。这种裂缝在受力或其它因素的作用下，将会连接邻近的界面裂缝而形成连续裂缝，此时砼将会遭到严重破坏。（3）骨料裂缝骨料粒子内部产生裂缝。这种裂缝在骨料（石料）中因石质和成岩纹理的原因，使其在开采和扎碎过程中形成微裂缝。以上三种裂缝常常形成两条粘结裂缝，并且以砂浆裂缝为联结而形成连续裂缝。微裂缝在外力和温度、干湿变化、化学作用等因素的影响下，常常
18、引起早期和后期的 砼破坏。微裂缝对路面砼有着极大地破坏作用，甚至比已发现的早期裂缝还具有破坏性。因为它是埋藏的“ 地下炸弹”。所以我们应该尽量消除和防止微裂缝的产生。防止和减少微裂缝，可从三方面着手：（1）严格选择骨料。选择石质均匀一致，不易 风化，无裂纹，无剥落的坚硬岩石作为粗骨料，并且严格控制针片状；细骨料含泥量不得超过规范标准。消除和减少骨料裂缝的产生。（2）控制水灰比。特别是水泥用量，应严格按级配计算配比， 严禁使用高碱量水泥。尽量降低用水量，减少泌水沉降而造成砂浆裂缝条件。（3）注意砼施工操作方法，减少从搅拌到成型之间的时间和运输路程，避免砼过早凝聚及泌水现象而致微裂。必须坚持做到砼搅拌均匀，震捣密实。使 砼相互粘结密实稳定，有效消除界面裂缝和砂浆裂缝。水泥砼路面早期裂缝的产生，其内因与外部条件，非常复杂。既有 单一因素，也有综合因素。因此我们对某一种裂缝的产生，也不 应看到孤立，应综合进行分析研究，以确保水泥砼路面的工程质量，减少早期裂缝所造成的损失。欢迎到访：http:/
