1、 緒論
混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用，比如工業(yè)建筑中的大型設(shè)備基礎(chǔ)、大型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、高層、超高層和特殊功能建筑的箱型基礎(chǔ)、有較高承載力的樁基厚大承臺(tái)等都是體積較大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水泥混凝土已大量地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。
水泥混凝土路面的裂縫是一個(gè)帶普遍性的技術(shù)問(wèn)題。混凝土是多種材料組合的人造石材，根據(jù)唯象理論，混凝土可看作是均勻連續(xù)的各向同性的均質(zhì)彈性體?；炷岭m然具有抗壓強(qiáng)度高與耐久性良好等特性，但也存在著抗拉強(qiáng)度低，受拉時(shí)變形能力小，容易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。在水泥混凝土路面施工中，最常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題就是混凝土出現(xiàn)裂縫。
裂縫是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象，在學(xué)術(shù)屬于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度理論范疇?？茖W(xué)研究的不斷深入，近代混凝土的研究從宏觀逐漸向亞微觀和微觀過(guò)渡，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，考慮了混凝土是一種由不同材料組成的非均質(zhì)體，內(nèi)部存在著固、液、氣體。當(dāng)溫度和濕度變化，而且在外荷載作用下，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了復(fù)雜的物理現(xiàn)象，引起內(nèi)部產(chǎn)生初始應(yīng)力、初始微裂、內(nèi)部擴(kuò)散、及質(zhì)量轉(zhuǎn)移等隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，從而具體補(bǔ)充了唯象理論所不能解釋的現(xiàn)象。如相同材料組分在不同施工條件及養(yǎng)護(hù)工藝條件下抗裂程度可差數(shù)倍之多，以及為何內(nèi)部微裂會(huì)顯著影響混凝土宏觀強(qiáng)度。因此而提出了混凝土微觀裂縫與宏觀裂縫的理論。
混凝上裂縫的主要原因不外乎有以下三種：由外荷載的直接應(yīng)力，即按常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力引起的裂縫；由外荷載作用，結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫；由變化引起的裂縫，即混凝土結(jié)構(gòu)由溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素而引起的開(kāi)裂。
2、 水泥混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因分析
水泥水化過(guò)程是混凝土路面中的主要溫度因素，水泥在水化過(guò)程中要發(fā)出一定的熱量。而水泥混凝土路面一般斷面較厚，水泥發(fā)出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失。通過(guò)實(shí)測(cè)，水泥水化熱引起的溫升，在水利工程中一般為15℃-25℃，而在建筑工程中一般為20℃-30℃，甚至更高。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種（主要是水化熱值）有關(guān)，并隨混凝土的齡期（時(shí)間）按指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，一般在10d-12d接近于最終絕熱溫升（視氣溫變化而異）。但由于結(jié)構(gòu)物有一個(gè)自然散熱條件，實(shí)際上混凝土內(nèi)部的溫度，多數(shù)發(fā)生在混凝土澆筑后的最初3d-5d.
外界氣溫變化的影響也不可忽視，水泥混凝土路面在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見(jiàn)的。因?yàn)橥饨鐨鉁赜撸炷恋臐仓囟纫灿?；而如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，這對(duì)水泥混凝土路面是極為不利的。
混凝土內(nèi)部的溫度是水化熱的絕熱溫度、澆注溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱溫降等各種溫度的疊加，而溫度應(yīng)力則是由溫差所引起的溫度變形造成的；溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，水泥混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的溫度一般可達(dá)60℃-65℃，并且有較大的延續(xù)時(shí)間（與結(jié)構(gòu)尺寸和澆筑的塊體厚度有關(guān)）。在這種情況下，研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過(guò)大溫度應(yīng)力，就顯得更為重要。
3、控制水泥混凝土路面裂縫的方法分析
3.1 提高混凝土抗裂性能
提高混凝土抗裂性能一般常用以下方法：
3.1.1 摻膨脹劑
在混凝土中摻入膨脹劑，水泥混凝土路面在硬化過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹，這部分膨脹可以部分或全部補(bǔ)償硬化過(guò)程中冷縮和干縮，減少或避免混凝土的開(kāi)裂?，F(xiàn)在膨脹劑有UEA膨脹劑，F(xiàn)H復(fù)合膨脹劑，F(xiàn)N-M明礬石膨脹劑；PG硫鋁酸鹽型膨脹劑等等。其中UEA膨脹劑應(yīng)用較多，在混凝上中摻入10%一12%，其限制膨脹率0.02%-0.04%，可在鋼筋中建立0.2-0.7MPa預(yù)壓力，從而抵消混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的全部或大部分拉應(yīng)力。
3.1.2 摻增強(qiáng)材料來(lái)源：考試大
在混凝土中摻入增強(qiáng)材料，可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，如在混凝土中摻入有機(jī)纖維（天然有機(jī)纖維、有機(jī)合成纖維）、無(wú)機(jī)纖維（石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維）、金屬纖維（鋼纖維、不銹鋼纖維、非晶態(tài)金屬纖維），可明顯提高水泥混凝土路面的抗拉強(qiáng)度。
3.1.3 配溫度筋
研究人員認(rèn)為，合理配筋可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，而且當(dāng)鋼筋的直徑較細(xì)，間距較密時(shí)，對(duì)提高混凝土的抗裂效果較好。如分布鋼筋的間距在1OOmm以下時(shí)，混凝土的裂縫寬度可限制在0.05mm以下。對(duì)大體積的基礎(chǔ)工程，中間配筋少，增加一些溫度筋，可提高抗裂性。
3.1.4 提高混凝土的強(qiáng)度
混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高，其抗拉強(qiáng)度也相應(yīng)提高，增強(qiáng)了抗裂度，可以通過(guò)優(yōu)選水泥及配合比，減小水灰比，采用合理的施工工藝，提高混凝土的強(qiáng)度。
3.2 控制溫度應(yīng)力
3.2.1 降低混凝土的絕熱溫度
3.2.1.1 減少水泥用量
水泥水化放熱是混凝土升溫的內(nèi)熱源，降低水泥用量，就減少了水化熱。一般方法有：減小坍落度，摻大塊石，減小砂率，使用減水劑，緩凝劑，摻混合材（如粉煤灰），采用先進(jìn)的攪拌工藝。
3.2.1.2 使用低熱水泥
選用水化熱低的水泥，優(yōu)先選用大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，減少水化熱引起的絕熱溫升。
3.2.1.3 降低澆注溫度
澆筑溫度低可以降低溫升。盡量避免炎熱的夏季施工，不宜中午澆筑，對(duì)原材料一實(shí)行預(yù)冷卻等，盡可能降低澆筑溫度。
3.2.1.4 降低當(dāng)量溫差
當(dāng)量溫差是由于干縮引起的，應(yīng)減小干縮率。影響干縮率的主要因素有骨料、養(yǎng)護(hù)條件、水灰比、摻合料等。
3.2.1.5 強(qiáng)制降溫
在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部的溫度。
3.2.2 減少約束
3.2.2.1 減少外部約束水泥混凝土結(jié)構(gòu)一般是厚實(shí)體重的整澆結(jié)構(gòu)物，地基對(duì)其約束十分明顯，這是引起約束收縮，產(chǎn)生裂縫的一個(gè)主要因素。減小地基約束的方法是設(shè)置滑動(dòng)層，即在塊體與地基之間設(shè)置砂墊層或?yàn)r青油氈層，允許塊體自由變形，避免開(kāi)裂，合理分塊，縮小約束范圍，減輕約束作用，使收縮自由。分塊的方法有設(shè)伸縮縫，施工縫，后澆帶。
3.2.2.2 減少內(nèi)部約束
內(nèi)部約束主要是內(nèi)外溫差過(guò)大造成的，解決的方法是加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，控制內(nèi)外溫差、降溫速率，保證濕度。保溫法有覆蓋法，暖棚法，蓄水法。覆蓋法就是在混凝土澆筑完畢，用保溫材料（如油布，鋸末，草袋，塑料布等）覆蓋在混凝土路面上面；暖棚法是在塊體上面搭設(shè)大棚，通過(guò)人工加熱使棚內(nèi)空氣滿足溫控條件。蓄水法是在混凝土終凝后，在塊體表面蓄一定高度的水，利用水的導(dǎo)熱系數(shù)低，達(dá)到隔熱保溫效果。
綜上所述，控制水泥混凝土路面裂縫的方法很多，而且各種方法之間是相互關(guān)聯(lián)，相互制約的。
4 結(jié)束語(yǔ)
水泥混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其裂縫的控制受到施工過(guò)程中諸多因素的影響，溫度是除了加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)，控制溫度應(yīng)力外，還應(yīng)對(duì)施工進(jìn)行嚴(yán)密的組織，嚴(yán)格管理，以保證工程質(zhì)量。
混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用，比如工業(yè)建筑中的大型設(shè)備基礎(chǔ)、大型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、高層、超高層和特殊功能建筑的箱型基礎(chǔ)、有較高承載力的樁基厚大承臺(tái)等都是體積較大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水泥混凝土已大量地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。
水泥混凝土路面的裂縫是一個(gè)帶普遍性的技術(shù)問(wèn)題。混凝土是多種材料組合的人造石材，根據(jù)唯象理論，混凝土可看作是均勻連續(xù)的各向同性的均質(zhì)彈性體?；炷岭m然具有抗壓強(qiáng)度高與耐久性良好等特性，但也存在著抗拉強(qiáng)度低，受拉時(shí)變形能力小，容易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。在水泥混凝土路面施工中，最常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題就是混凝土出現(xiàn)裂縫。
裂縫是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象，在學(xué)術(shù)屬于結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度理論范疇?？茖W(xué)研究的不斷深入，近代混凝土的研究從宏觀逐漸向亞微觀和微觀過(guò)渡，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，考慮了混凝土是一種由不同材料組成的非均質(zhì)體，內(nèi)部存在著固、液、氣體。當(dāng)溫度和濕度變化，而且在外荷載作用下，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了復(fù)雜的物理現(xiàn)象，引起內(nèi)部產(chǎn)生初始應(yīng)力、初始微裂、內(nèi)部擴(kuò)散、及質(zhì)量轉(zhuǎn)移等隨時(shí)間變化的現(xiàn)象，從而具體補(bǔ)充了唯象理論所不能解釋的現(xiàn)象。如相同材料組分在不同施工條件及養(yǎng)護(hù)工藝條件下抗裂程度可差數(shù)倍之多，以及為何內(nèi)部微裂會(huì)顯著影響混凝土宏觀強(qiáng)度。因此而提出了混凝土微觀裂縫與宏觀裂縫的理論。
混凝上裂縫的主要原因不外乎有以下三種：由外荷載的直接應(yīng)力，即按常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力引起的裂縫；由外荷載作用，結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫；由變化引起的裂縫，即混凝土結(jié)構(gòu)由溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素而引起的開(kāi)裂。
2、 水泥混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成的原因分析
水泥水化過(guò)程是混凝土路面中的主要溫度因素，水泥在水化過(guò)程中要發(fā)出一定的熱量。而水泥混凝土路面一般斷面較厚，水泥發(fā)出的熱量聚集在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部不易散失。通過(guò)實(shí)測(cè)，水泥水化熱引起的溫升，在水利工程中一般為15℃-25℃，而在建筑工程中一般為20℃-30℃，甚至更高。水泥水化熱引起的絕熱溫升，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種（主要是水化熱值）有關(guān)，并隨混凝土的齡期（時(shí)間）按指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，一般在10d-12d接近于最終絕熱溫升（視氣溫變化而異）。但由于結(jié)構(gòu)物有一個(gè)自然散熱條件，實(shí)際上混凝土內(nèi)部的溫度，多數(shù)發(fā)生在混凝土澆筑后的最初3d-5d.
外界氣溫變化的影響也不可忽視，水泥混凝土路面在施工階段，外界氣溫的變化影響是顯而易見(jiàn)的。因?yàn)橥饨鐨鉁赜撸炷恋臐仓囟纫灿?；而如果外界溫度下降，又增加混凝土的降溫幅度，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度，這對(duì)水泥混凝土路面是極為不利的。
混凝土內(nèi)部的溫度是水化熱的絕熱溫度、澆注溫度和結(jié)構(gòu)物的散熱溫降等各種溫度的疊加，而溫度應(yīng)力則是由溫差所引起的溫度變形造成的；溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，水泥混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的溫度一般可達(dá)60℃-65℃，并且有較大的延續(xù)時(shí)間（與結(jié)構(gòu)尺寸和澆筑的塊體厚度有關(guān)）。在這種情況下，研究合理的溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的過(guò)大溫度應(yīng)力，就顯得更為重要。
3、控制水泥混凝土路面裂縫的方法分析
3.1 提高混凝土抗裂性能
提高混凝土抗裂性能一般常用以下方法：
3.1.1 摻膨脹劑
在混凝土中摻入膨脹劑，水泥混凝土路面在硬化過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹，這部分膨脹可以部分或全部補(bǔ)償硬化過(guò)程中冷縮和干縮，減少或避免混凝土的開(kāi)裂?，F(xiàn)在膨脹劑有UEA膨脹劑，F(xiàn)H復(fù)合膨脹劑，F(xiàn)N-M明礬石膨脹劑；PG硫鋁酸鹽型膨脹劑等等。其中UEA膨脹劑應(yīng)用較多，在混凝上中摻入10%一12%，其限制膨脹率0.02%-0.04%，可在鋼筋中建立0.2-0.7MPa預(yù)壓力，從而抵消混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的全部或大部分拉應(yīng)力。
3.1.2 摻增強(qiáng)材料來(lái)源：考試大
在混凝土中摻入增強(qiáng)材料，可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，如在混凝土中摻入有機(jī)纖維（天然有機(jī)纖維、有機(jī)合成纖維）、無(wú)機(jī)纖維（石棉纖維、玻璃纖維、碳纖維）、金屬纖維（鋼纖維、不銹鋼纖維、非晶態(tài)金屬纖維），可明顯提高水泥混凝土路面的抗拉強(qiáng)度。
3.1.3 配溫度筋
研究人員認(rèn)為，合理配筋可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，而且當(dāng)鋼筋的直徑較細(xì)，間距較密時(shí)，對(duì)提高混凝土的抗裂效果較好。如分布鋼筋的間距在1OOmm以下時(shí)，混凝土的裂縫寬度可限制在0.05mm以下。對(duì)大體積的基礎(chǔ)工程，中間配筋少，增加一些溫度筋，可提高抗裂性。
3.1.4 提高混凝土的強(qiáng)度
混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高，其抗拉強(qiáng)度也相應(yīng)提高，增強(qiáng)了抗裂度，可以通過(guò)優(yōu)選水泥及配合比，減小水灰比，采用合理的施工工藝，提高混凝土的強(qiáng)度。
3.2 控制溫度應(yīng)力
3.2.1 降低混凝土的絕熱溫度
3.2.1.1 減少水泥用量
水泥水化放熱是混凝土升溫的內(nèi)熱源，降低水泥用量，就減少了水化熱。一般方法有：減小坍落度，摻大塊石，減小砂率，使用減水劑，緩凝劑，摻混合材（如粉煤灰），采用先進(jìn)的攪拌工藝。
3.2.1.2 使用低熱水泥
選用水化熱低的水泥，優(yōu)先選用大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，減少水化熱引起的絕熱溫升。
3.2.1.3 降低澆注溫度
澆筑溫度低可以降低溫升。盡量避免炎熱的夏季施工，不宜中午澆筑，對(duì)原材料一實(shí)行預(yù)冷卻等，盡可能降低澆筑溫度。
3.2.1.4 降低當(dāng)量溫差
當(dāng)量溫差是由于干縮引起的，應(yīng)減小干縮率。影響干縮率的主要因素有骨料、養(yǎng)護(hù)條件、水灰比、摻合料等。
3.2.1.5 強(qiáng)制降溫
在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部的溫度。
3.2.2 減少約束
3.2.2.1 減少外部約束水泥混凝土結(jié)構(gòu)一般是厚實(shí)體重的整澆結(jié)構(gòu)物，地基對(duì)其約束十分明顯，這是引起約束收縮，產(chǎn)生裂縫的一個(gè)主要因素。減小地基約束的方法是設(shè)置滑動(dòng)層，即在塊體與地基之間設(shè)置砂墊層或?yàn)r青油氈層，允許塊體自由變形，避免開(kāi)裂，合理分塊，縮小約束范圍，減輕約束作用，使收縮自由。分塊的方法有設(shè)伸縮縫，施工縫，后澆帶。
3.2.2.2 減少內(nèi)部約束
內(nèi)部約束主要是內(nèi)外溫差過(guò)大造成的，解決的方法是加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)，控制內(nèi)外溫差、降溫速率，保證濕度。保溫法有覆蓋法，暖棚法，蓄水法。覆蓋法就是在混凝土澆筑完畢，用保溫材料（如油布，鋸末，草袋，塑料布等）覆蓋在混凝土路面上面；暖棚法是在塊體上面搭設(shè)大棚，通過(guò)人工加熱使棚內(nèi)空氣滿足溫控條件。蓄水法是在混凝土終凝后，在塊體表面蓄一定高度的水，利用水的導(dǎo)熱系數(shù)低，達(dá)到隔熱保溫效果。
綜上所述，控制水泥混凝土路面裂縫的方法很多，而且各種方法之間是相互關(guān)聯(lián)，相互制約的。
4 結(jié)束語(yǔ)
水泥混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其裂縫的控制受到施工過(guò)程中諸多因素的影響，溫度是除了加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)，控制溫度應(yīng)力外，還應(yīng)對(duì)施工進(jìn)行嚴(yán)密的組織，嚴(yán)格管理，以保證工程質(zhì)量。