混凝土材料特性研究及施工中裂缝成因分析与防控措施
【摘 要】随着建筑技术的不断发展,泵送混凝土施工技术得到广泛的应用，但高温膨胀引起的混凝土温度裂缝普遍存在，此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低混凝土的抗冻、抗疲劳及抗渗能力等。文章就混凝土材料特性进行了研究，并对温度裂缝产生机理、特征、成因作了简要分析，提出了出现裂缝后的防控措施。
【关键词】混凝土;材料特性;裂缝成因;防控措施
0.引言
混凝土是一种由多项介质组成的复合材料，具有不连续性、非均质性的特点，在荷载作用下，其力学性质、变形和破坏机理有很大离散性，并存在试件的尺寸效应，这也正是大体积混凝土材料特性研究的困难所在。对混凝土材料特性的准确评价和合理利用，将极大地关系到工程的安全性和经济性。全面深入地开展大体积混凝土的力学、变形、抗裂性能等特性研究，对施工中温度裂缝产生机理、特征、成因进行探讨，可为施工提供可靠的科学依据，并将对工程设计方法的完善和改进、保证工程质量、提高工程安全度、节约混凝土原材料，节约工程投资都具有重大意义。
1.混凝土材料特性研究
1.1配合比优化研究
结合工程，开展大体积混凝土原材料（水泥、骨料、掺合料及外加剂）的品质因素、掺量及组合对大体积混凝土的抗压、抗裂性能的分析，确定大体积混凝土抗裂性指标评估的数学模型，建立混凝土配合比设计与抗裂指标的关系。总结以往的资料，在试验研究的基础上，以混凝土的强度、变形和抗裂等性能为综合指标，建立配合比设计资料数据库，并编制混凝土抗裂优化配合比设计程序。
1.2动态强度特性研究
进行混凝土在动力(地震)荷载作用下的破坏机制研究。通过改变应变速率、低周反复加载、在振动台上模拟加载过程等试验方法的研究，确定混凝土材料动参数的仿真试验方法。在试验基础上，提出大体积混凝土在地震荷载作用下，材料的极限强度（拉、压）、动弹性模量与泊松比、比例极限与屈服极限及动态断裂参数。初步提出工程抗震设计有关参数及抗震强度设计准则。
1.3损伤—断裂特性研究
混凝土结构的裂缝问题，是混凝土工程建设中带有普遍性的技术问题，混凝土在路桥施工中出现的问题主要有：
1.3.1抗拉力不强
普通混凝土是由水泥、碎石或卵石、砂和水拌合，经硬化而成的一种人造材料。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体，但是水泥、石子和砂石是易脆性的材料，抗拉力不强，当混凝土受拉或受弯，在很小的拉应力下就会开裂。
1.3.2弹性不好
由于普通混凝土材料本身的特性，虽然抗压强度高，混凝土的抗压强度一般在7. 5~60MPa之间，当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。但是它的弹性不好，没有能屈能伸的品性，好比一个大丈夫只能拔剑而起，却不能忍辱负重。所以，在路桥面的荷载量非常大且受力不均匀的情况下，荷载力不能驱散分匀，这样就导致某一个构件不堪重力，最终产生裂缝。
1.3.3收缩易变形
普通混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土也将发生收缩变化。然而，收缩容易导致变形，若变形遭到约束，则会在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在实际施工中，普通混凝土很容易结硬，结硬之后，混凝土中的水分子逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，变形也较大，因混凝土表层水分流失快，内部损失慢，就产生了表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力。当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
2.混凝土裂缝产生原因
2.1混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的热量。由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,使得混凝土结构内外出现较大的温差,这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。这种裂缝称为温度缝，其多发生在混凝土施工中后期。
2.2由于设计原因，有的在混凝土结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝；有的对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝；有的对构件的构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝；有的在设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形；有的设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。
2.3由于材料原因 ，有的因粗细料含泥量过大，造成混凝土收缩增大；有的
骨料粒径太细，用水量增多，收缩量增大；有的因混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩，有的是因水泥等级或混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。
3.保证混凝土质量及控制裂缝的措施
综上所述,混凝土产生裂缝的主要原因可以归纳为以下三个大的方向:温度、收缩及抗拉,在施工过程中可以通过以下措施控制混凝土裂缝的产生。
3.1混凝土施工的质量保证措施
(1)选择合适的水泥和严格控制好水泥用量。优先采用525R, 425R普通水泥等高标号水泥,减少水泥用量；(2)严格控制骨料级配和含泥量；(3)选择适当的外加剂和合适的配合比；(4)增加适当的预埋件。
3.2混凝土施工的温度控制措施
为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度应力的措施有以下几种：(1)拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；(2)夏天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；(3)在混凝士中埋设水管,通入冷水进行内部降温；(4)严格控制混凝土的入模温度。
3.3加强混凝土的早期养护
大量实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝，因此混凝士的保温对防止表面早期裂缝尤为重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面产生梯度；(2)防止混凝土超冷，应尽量设法使混凝土施工期间的最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度；(3)防止老混凝土面的过冷，以减少新老混凝土间的约束。
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