如何控制橋梁工程中大體積混凝土裂縫

李志華

(天津新亞太工程建設監理有限公司, 天津 300251)

1 大體積混凝土裂縫產生的主要原因

大體積混凝土結構裂縫的發生是由多種因素引起的,各類裂縫產生的主要影響因素如下。

1.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過程中放出大量的熱,且主要集中在澆筑后的7 d左右,一般每克水泥可以放出500 J左右的熱量,如果以水泥用量350～550 kg/m3來計算,每立方米混凝土將釋放出17 500～27 500 kJ的熱量,從而使混凝土內部溫度升高(可達70 ℃左右,甚至更高)，尤其對大體積混凝土來講,這種現象更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同,故混凝土中心溫度很高,就會形成溫度梯度,使混凝土內部產生壓應力,表面產生拉應力,當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就會產生裂縫。

1.2 混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮。混凝土在不受外力情況下的這種自發變形,受到外部約束時(支撐條件、鋼筋等),將在混凝土中產生拉應力,使得混凝土開裂，主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結硬過程中產生的體積變化,后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

1.3 外界氣溫濕度變化的影響

在施工期間,外界氣溫變化對防止大體積混凝土裂縫的產生起著很大影響。混凝土內部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關系,外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫差梯度。如果外界溫度的下降過快,會造成很大的溫度應力,極其容易引發混凝土的開裂。另外，外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響,外界的濕度降低會加速混凝土的干縮,也會導致混凝土裂縫的產生。

1.4 其他因素的影響

結構物基礎的不均勻沉降也會產生裂縫,這種裂縫會隨著基礎沉降而不斷的增大。

超荷載使用或未達到設計過早加荷載導致結構出現裂縫,這種裂縫稱之為荷載裂縫。

混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫,一般是混凝土配合比中,粗骨料級配不連續，數量不夠,砂率及水灰比不當所造成的裂縫。

2 大體積混凝土施工質量控制措施

2.1 大體積混凝土配合比設計

(1)原材料選用

高速鐵路施工期間路基與橋梁、涵洞過渡段的處理措施……………………………………………………… 李仰科（4-128）

水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升,大體積混凝土應選用水化熱較低的水泥,如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等,并盡可能減少水泥用量。細骨料宜采用2區中砂,因為使用中砂比用細砂可減少水及水泥的用量。在可泵送情況下，粗骨料選用粒徑5～20 mm連續級配石子,以減少混凝土收縮變形。使用摻合料應添加粉煤灰。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節約水泥,降低水化熱,增加混凝土和易性,而且能夠大幅度提高混凝土后期強度,推移溫升峰值出現時間。

(2)外加劑的使用

采用減水劑,如緩凝高效減水劑；采用膨脹劑,如廣泛使用u型膨脹劑無水硫鋁酸鈣或硫酸鋁。試驗表明,在混凝土添加了膨脹劑之后，混凝土內部產生的膨脹應力可以抵消一部分混凝土的收縮應力,相應地提高混凝土抗裂強度。

2.2 溫控措施及施工現場控制

(1)溫度預測分析

根據現場混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養護方案,采用計算機仿真技術對混凝土施工期溫度場和溫差進行計算機模擬動態預測,提供結構沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況,制定混凝土在施工期內不產生溫度裂縫的溫控標準,進行保溫養護優化選擇。

(2)混凝土澆筑方案

采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施,在澆筑前經詳細計算安排分塊分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度、前后澆筑的搭接時間；控制混凝土入溫度并加強振搗,嚴格控制振搗時間、移動距離和插入深度,保證振搗密實,嚴防漏振和過振,確保混凝土均勻密實；做好現場協調組織管理,要有充足的人力、物力，保證施工按計劃順利進行,保證混凝土供應,確保不留冷縫；澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進行必要的處理,一般澆筑后3～4 h內初步用木長刮尺刮平,初凝前用鐵滾筒碾壓2遍,再用木抹子搓平壓實,以控制表面龜裂；混凝土澆筑完后,立即采取有效保溫措施并按規定覆蓋養護。

(3)混凝土溫度監測

在混凝土內部、外部設置溫度測點,設置保溫材料溫度測點及養護水溫度測點,現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集并進行整理分析。將每一測點的溫度值、各測位中心測點與表層測點的溫差值,作為研究調整控溫措施的依據,防止混凝土出現溫度裂縫。

(4)應力檢測

為反映溫控效果，可在少數混凝土層中埋設應變計進行溫度應力檢測,應變計沿水平方向布置，檢測水平方向應力分量。

(5)通水冷卻

采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中設冷卻水管。冷卻水管使用前進行試水,防止管道漏水和阻塞,根據混凝土內部溫度監測,控制冷卻水管進水流量及溫度。

2.3 構造設計上對大體積混凝土采取防裂措施

設計合理的結構形式,可以減少工程數量,減低水化熱。如可根據懸索橋錨碇受力特點,設計挖空非關鍵受力部分混凝土體積,利用土方壓重方案,來減少混凝土結構體積。

大體積混凝土體積龐大,施工周期一般較長,依據結構受力情況可合理地確定混凝土評定驗收齡期,打破正常標準28 d的評定驗收齡期,改為60 d或更多。評定驗收齡期應充分考慮混凝土的后期強度,從而減低設計標號,達到減少混凝土水泥用量，減低水化熱的目的。

邊界存在約束才會產生溫度應力,可采用改善邊界約束的構造設計,如遇有約束強的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時,可在接觸面上設滑動層來減少溫度應力。在外約束的接觸面上全部設滑動層,則可大大減弱外約束。

還可采取增配構造鋼筋等措施。配筋應盡可能采用小直徑、小間距,全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之間。

3 結束語

在控制大體積混凝土溫度裂縫時既要控制混凝土的內外溫差又要防止混凝土表面溫度的突然變化。實際施工中應隨時監測混凝土內部溫度和內外溫差的變化趨勢,并據此來調整溫控措施,確保混凝土不開裂。影響大體積混凝土開裂的因素很多,應從造成裂縫的各種原因著手,采取全面防治措施,并根據工程具體情況確定防裂重點。

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