混凝土施工中温度干缩裂缝与防范措施

　　南水北调东线一期工程小运河输水工程 2 标段，位于山东省聊城市境内。本标段输水渠设计桩号为 24+600~36+813,即崔庄倒虹吸至徒骇河倒虹止，长度 12.213km .工程施工内容主要有渠道工程、建筑物工程和防护工程。

　　其中建筑物工程包括：分水闸 1 座、节制闸 2 处（座）、桥梁16 座（公路桥 3 座、生产桥 13 座）、涵闸 20 座、倒虹吸 7座、附属涵闸 19 座、附属倒虹吸 1 座、穿路涵 2 座，共计46 处、68 座。建筑物种类多，结构变化较大，在施工过程中对混凝土质量较难控制。

　　其中，在对混凝土进行施工时，普遍存在混凝土裂缝现象，这种裂缝通常情况下，主要是施工中产生的温度干缩裂缝。因此，在施工过程中，需要有效地控制温度应力及温度。

　　1 混凝土裂缝的原因

　　在建筑物施工过程中，造成混凝土发生裂缝的原因包括：①在施工现场，温度、湿度等因素发生剧烈的变化；②施工现场的混凝土存在脆性、不均匀性等现象；③混凝土构造物的结构不合理；④原材料不合格，模板发生变形等。

　　另外，混凝土硬化过程中，水泥释放大量的水化热，进而在一定程度上提高了建筑物的内部温度，进而在混凝土构造物的表面产生拉应力。混凝土在后期降温过程中，受基础、老混凝约束的影响和制约，在构造物的内部产生拉应力，在这种情况下，使得混凝土建筑物的表面出现裂缝，进而在一定程度上影响建筑物的施工质量。

　　2 温度应力分析

　　2.1 对于温度应力，根据形成过程，可以分为早期、中期、晚期三个阶段：①早期：该阶段主要是从浇筑混凝土开始到水泥放热结束，通常情况下这一阶段需要持续 30 天，该阶段的特征表现为，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量发生急剧变化。②中期：该阶段主要是从水泥放热结束到混凝土温度稳定，混凝土冷却及外界气温在这一阶段发生变化，在一定程度上产生温度应力，通过叠加的方式，这些应力在早期形成残余应力，混凝弹性模量的变化在此期间一般不会太大。③晚期：该阶段从混凝土完全冷却到运转。在这一阶段主要是由外界气温变化引起温度应力，通常情况下，这些应力会与早期、中期残余的应力发生迭加。

　　2.2 根据引起温度应力的原因可分为自生应力、约束应力两类：①自生应力：在边界上，对于自生应力来说，一般不存在任何约束或完全静止的结构，对于建筑物来说，如果内部温度呈现非线性分布，由于结构本身之间互相约束，在这种情况下就会出现温度应力。②约束应力：通常情况下，外界因素会对建筑物结构的全部或部分边界等形成约束，对于混凝土构造物来说，如果自由变形受到约束，那么就会形成应力。在日常施工过程中，自生应力、约束应力与混凝土的干缩应力共同作用，在这种情况下，根据已知的温度对温度应力的分布、大小等进行准确的分析存在一定的难度，并且比较复杂。

　　3 温度的控制和防止裂缝的措施

　　3.1 控制温度的措施。在日常施工中，控制温度的措施主要包括：①通过调整骨料级配、使用干硬混凝土，以及掺入混合料等，进一步减少水泥用量；②在拌合混凝土的过程中，通过加水的方式，冷却碎石，降低混凝土的温度；③在热天进行施工时，浇筑混凝土时通过降低浇筑厚度，利用层面进行散热；④将水管埋设在混凝土中，在水管中通入冷水对混凝土进行降温；⑤对拆模时间进行合理规定，当气温骤降时，需要对表面进行保温处理，防止在混凝土的表面出现急剧的温度梯度；⑥在施工过程中，对于长期暴露的混凝土浇筑块，在寒冷季节，需要对其表面或薄壁结构采取保温措施。

　　3.2 改善约束条件的措施。①确保分缝分块的合理性；②采取相应的措施，确保基础的稳定性；③对施工工序进行合理的安排，避免长期暴露过大的高差和侧面。

　　3.3 正确使用外加剂。①在混凝土中，由于存在大量的毛细孔道，随着水分的蒸发，进而在毛细管中产生毛细管张力，在毛细管张力的作用下，导致混凝土发生干缩变形。通过增大毛细孔径的方式，在一定程度上可以降低毛细管表面的张力，进一步降低混凝土的强度。②混凝土发生收缩时，水灰比是重要的影响因素，通过使用减水剂，混凝土的用水量通常情况下可以减少 25%.③在混凝土中，水泥用量是影响收缩率的重要因素，在保持混凝土强度的条件下，掺加减水剂的混凝土，其水泥用量可减少 15%,通过增加骨料用量的方式补充其体积。④利用减水剂改善水泥浆的稠度，对混凝土的泌水进行控制，防止混凝土发生收缩变形。⑤巩固和强化水泥浆与骨料之间的粘结力，进而在一定程度上提高混凝土的抗裂性能。⑥在收缩过程中，混凝土受到约束产生的拉应力的影响，与混凝土的抗拉强度相比，当拉应力较大时，这时就会产生裂缝。⑦在混凝土中掺加外加剂，一方面可以提高密实性，另一方面有效减少混凝土的收缩程度。⑧在混凝土中掺入减水剂，可以对混凝土起到缓凝的作用，可以有效防止水泥迅速水化放热，在水泥长期不凝的情况下，避免增加塑性收缩。⑨在混凝土中，掺外加剂，可以提高混凝土的和易性，确保混凝土构造物表面的平整性。

　　3.4 混凝土的早期养护。①防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度。②防止混凝土超冷。③防止老混凝土过冷。在对混凝土进行早期养护的过程中，其目的主要表现为，确保适宜的温湿条件，进一步达到两个方面的效果，一方面防止混凝土发生有害的冷缩和干缩。一方面确保水泥水化作用顺利进行。

　　4 桥梁工程现浇结构裂缝的成因和预防措施

　　4.1 裂缝成因。对于桥梁工程来说，现浇结构发生裂缝的原因主要包括：①设计原因：设计单位没有采取必要的措施，对可能出现的开裂结构部位进行处理。②材料的质量原因：混凝土的原材料存在质量问题，尤其是水泥缺乏安定性，一方面导致混凝土构造物发生开裂，另一方面影响混凝土结构物的安全性。③施工工艺原因：在混凝土中，由于水分蒸发，使得混凝土出现收缩变形，施工后，没有对混凝土进行及时的养护；在搅拌、运输、浇注、振捣混凝土的过程中存在缺陷和疏漏。④混凝土发生温度变形：对于混凝土来说，由于存在热胀冷缩的性质，当温度发生变化时，在这种情况下，就会产生附加应力，与混凝土抗拉应力相比，当附加应力比较大时，这时就会产生裂缝。⑤混凝土发生收缩、徐变：在空气中，混凝土出现硬结，到导致体积缩小，进而出现干缩裂缝。⑥荷载作用：在施工过程中，由于振捣、拆模方法不当等，进一步使得混凝土出现裂缝。

　　4.2 预防措施。①对混凝土加强早期养护，及时对浇筑完的混凝土进行养护，防止混凝土发生干缩，在冬季进行施工时，需要及时对混凝土进行覆盖养护，防止产生冷缩裂缝。②在施工过程中，对于大体积现浇混凝土来说，需要对浇筑方案进行合理的设计，在一定程度上避免出现施工缝。③对施工加强管理，在对混凝土进行施工时，需要结合现场的实际情况，制定有效的措施，按照规定要求设计混凝土的配合比、坍落度等，同时对外加剂的使用进行严格的控制，进而在一定程度上避免早期混凝土受到冲击。

　　4.3 处理方法

　　4.3.1 组织控制。①组织管理现场的监理机构。对于组织机构和人员来说，需要落实监理目标，对各级目标控制人员的任务、职能等进行明确，进而在一定程度上完善目标控制的工作流程，从组织管理方面予以保证。②组织管理施工单位。工程项目开工前，对于施工单位的施工现场、质量管理等，需要监理工程师进行审查，对施工组织设计、施工方案等进行仔细的审查，当各项指标满足要求时，在这种情况下，签署相应的开工报告。

　　4.3.2 技术控制措施。①施工前，需要做好图纸会审、技术交底等工作，建议设计单位针对可能发生开裂的部位，采取必要的措施，进而在一定程度上防止其发生开裂。

　　例如，通过设置后浇带、掺外加剂、调整配筋等方法，对超长结构、结构变形集中处等部位进行处理。②对施工方案的合理性进行审核，坚决否决不合理的施工方案。例如，在混凝土养生期，设计方案中没有考虑模板的数量，对于这种方案要给予否决。③对施工进度计划进行严格审核，质量与工期之间的关系要正确地处理，在确保质量的前提下，需要制定合适的施工周期，防止出现追求工期，而造成结构存在质量隐患的现象。④对原材料的质量加强管控，建立完善的管理制度，对原材料进场进行登记、检验，未经监理工程师进行检验，保证合格的材料进入施工现场。⑤在施工过程中，对混凝土浇捣进行全过程监理，按照施工操作规范、施工方案等要求，督促施工人员进行施工，针对施工操作中发生的过振、漏振等现象，要及时的发现并纠正，对混凝土的配合比、水灰比和水泥用量等指标进行严格的控制，为了减小孔隙率、砂率等，需要对砂、石子的级配等进行检查，进而在一定程度上减少混凝土的收缩量，同时可以进一步提高混凝土的抗拉强度。⑥对隐蔽工程进行检查，严把质量关，在设计混凝土承重模板、支架的过程中，需要确保其合理性、刚度、强度以及稳定性等，同时对其进行检查，防止混凝土强度超过定值，使得混凝土出现裂缝；根据图纸及规范要求，对钢筋的品种、规格、数量等进行检查。⑦浇捣完混凝土后，需要在最小程度上对表面进行刮抹，在施工过程中，当产生泌水现象时，这种情况下，需要在混凝土终凝前，用木蟹进行压抹处理，进而在一定程度上提高混凝土表面的抗裂能力。浇捣完混凝土后，需要覆盖混凝土表面，同时对其进行浇水养护，养护时间控制在 7- 14 天，防止混凝土表面遭受强风、烈日的侵害。⑧对混凝土模板、支架等的拆除时间进行严格的控制。根据工期需要，要求施工方配备相应的模板或支架，进一步确保拆模工作的顺利进行。⑨对混凝土构造物的沉降情况加强观测，作好日常的巡视检查工作，发现问题及时上报，同时进行跟踪检查，强化处理效果。

　　4.3.3 经济控制措施。所谓的经济措施，通常情况下主要是指，通过对工程量、付款和结算报告等进行审核，进一步对工程质量进行控制。同时采取相应的措施，鼓励施工方建立和完善质量奖惩制度，激发员工参与质量管理的积极性。

　　4.3.4 合同控制措施。在进行目标控制时，合同控制具有全局性的影响，在这种情况下，监理的组织控制措施、技术控制措施等需要以合同为依据。根据施工合同规定的质量目标，督促施工单位需要制定目标管理制度和质量验收标准，通过分解现浇混凝土的质量通病目标，在一定程度上将责任落实到具体的施工工序，同时每个工序的参与人员，需要验收检查控制目标质量，并且结合结果的检查情况进行奖惩。

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