簡析大體積混凝土在橋梁工程中的裂縫控制

高松 俞挺

摘 要：文章針對橋梁結構中使用的大體積混凝土在應用過程中出現的集中常見的裂縫病害進行了分析，著重介紹了沉縮裂縫、結構約束以及溫度裂縫和混凝土收縮對于裂縫出現的影響，同時從材料的選擇、配比以及溫度控制等方面對大體積混凝土裂縫出現的防治提出了幾點改進措施，以期能夠改進橋梁工程質量。

關鍵詞：大體積混凝土；橋梁工程；裂縫控制

1 結構定義

最小斷面尺寸大于一平米的混凝土結構都為大體積混凝土，由于混凝土過大的尺寸導致其內外會產生很多大的溫度差，因而必須采用相關的技術措施予以處理，消除由于溫度差產生的溫度應力，以此避免混凝土結構出現裂縫現象。混凝土結構出現溫度差的主要原因是由于混凝土材料中水泥在固結時會產生水化熱，而其內部散熱相對比外部速度較慢，因而會在內外結構中產生溫度差，而溫度差所造成的溫度應力是造成混凝土開裂的主要因素。

2 各種裂縫開裂原因分析

2.1 沉縮裂縫

在大體積混凝土應用中沉縮裂縫是較為常見的病害之一，主要原因是由于施工時振搗不完全造成，由于結構沉實度不足、骨料下沉以及浮漿過多、表面覆蓋處理不及時等原因，使得混凝土表面受到外界環境影響，散失水分不當，從而出現干縮現象。由于早期的混凝土結構強度低，因而無法抵抗該種形變，從而出現裂縫。

2.2 溫度裂縫分析

2.2.1 水化熱引發

由于水泥會在固結過程中發生放熱現象，即水化熱，因而混凝土內部的溫度會不斷提升，由于混凝土外表面散熱性能較好，因而其溫度會同混凝土內部產生一定的差，由于熱脹冷縮的原理，導致外部膨脹低于內部，因而會在結構體表面形成拉應力，而早期的混凝土結構拉應力抗性較低，從而會出現裂縫。由于該種現象產生的主要因素是由于散熱不均造成，因而僅僅會影響結構表面范圍的混凝土，表層以下結構仍然完好。

2.2.2 氣溫變化引發

外界環境溫度會對施工期間的大體積混凝土產生巨大的影響，在施工期間，大體積混凝土的內部溫度并非只是一種溫度，而是由多種溫度疊加而成，其主要組成包括前面提到的水泥的水化熱產生的絕對溫升，另外還包括澆筑溫度以及結構散熱。澆筑溫度直接受到外界氣溫的影響，外界氣溫的高低會直接影響到其澆筑的溫度，若是外界溫度高則澆筑溫度高，外界溫度低則澆筑溫度低。但是外界溫度降低會增大內外溫度差，若是外界溫度降低過快，同樣會在混凝土結構表面產生較大的溫度應力，從而造成開裂現象的出現。

2.3 結構約束裂縫

當外界對混凝土結構造成約束時，裂縫現象極易產生，若是大體積混凝土被約束在地基上時，加之澆筑時不采取任何措施，對結構約束進行取消或者放松，那么在澆筑過程中就極易發生溫度裂縫，主要由于束縛對于溫度形變造成限制，因而該種裂縫大多為貫穿性的深進裂縫。

2.4 混凝土收縮

混凝土在硬結過程中體積會相對減少，該種現象被稱作是混凝土的收縮現象。混凝土在不受其他因素影響的前提下，會發生自發形變，由于內部支承和鋼筋等結構的約束作用，混凝土中會發生應力導致混凝土出現開裂現象。

3 裂縫控制措施

3.1 材料選擇

3.1.1 水泥的選擇。大體積混凝土中的主要原料為水泥，水泥的水化熱現象會導致大體積混凝土出現開裂，為了避免早期由于溫度應力產生裂縫，可以選用水化熱低的水泥作為混凝土的原材料。通過選用含碳量低且細度較為粗糙的水泥降低混凝土產生裂縫的幾率，這是由于含碳量越高水泥的水化熱現象越劇烈，放熱速度越快，而細度越細，混凝土結構的收縮就會越大。

3.1.2 骨料的選擇。要嚴格控制骨料中泥的含量，骨料成分中砂的含泥量含量應當不大于3%，十字應當不大1%。并且保證石子的級配，在大體積混凝土的施工中使用粗砂以及中砂較為適宜。

3.1.3 礦物摻和料的選擇。對水化熱程度進行分析，粉煤灰遠小于水泥，粉煤灰的水化熱七天時相當于水泥的1/3，二十八天時相當于水泥的1/2，因此混凝土結構中加入適當的粉煤灰對降低水化熱有著明顯的效果。在選擇粉煤灰是需要選擇需水性小的材料，且其能夠滿足二級質量以及二級以上質量要求。

3.1.4 外加劑的選擇。在大體積混凝土施工中經常會加入一些外加劑用以提高結構性能，緩凝性減水劑的加入能夠有效延緩水化熱的發生速率，將熱峰出現的時間推后，從而減少總熱量，降低溫度峰值，從根本上減少了溫差，因而結構中就不會受到過大的溫度應力影響，即能夠有效預防裂縫的產生。而混凝土凝結時間的延緩，能夠避免在澆筑過程中形成冷接縫。

3.2 溫度控制以及施工控制

3.2.1 預測分析溫度。以現場混凝土的配比情況以及施工過程中出現的氣候、溫度以及養護實況，通過計算機技術對混凝土溫度場進行仿真模擬，并通過模擬對溫度差進行計算預測以及分析評估，充分展示結構內部溫度隨深度的變化、分布以及隨著齡期的變化，并制定相應的溫控標準用以降低溫度裂縫的產生率，同事優化養護方案。

3.2.2 澆筑方案的制定。在進行大體積混凝土澆筑作業前，對分塊、澆筑次序的分層、澆筑流向、澆筑搭接時間以及結構的長、寬、厚度等進行詳細的計算安排，并對混凝土材料入模溫度進行控制，同時提高振搗強度。通過有效的溫差梯度以及降溫梯度的延緩措施減少混凝土裂縫的產生。在振搗時要控制時間，保證振搗插入深度以及移動距離，確保結構密實度，防止過振以及漏振現象的發生。通過處理大體積混凝土澆筑后表面較厚的部位，用以防止龜裂現象的產生，在澆灌完成后以及拆模后，應當對混凝土結構進行有效及時的保溫措施，按照相關養護規定進行覆蓋養護，有效合理的養護對大體積混凝土裂縫的防治工作有著重要的意義。

3.2.3 混凝土溫度監測。在混凝土內部及外部設置溫度測點，并且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，每一測點的溫度值及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。

3.2.4 溫度應力檢測。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，檢測水平向應力分量。

3.2.5 通水冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設冷卻水管，根據混凝土內部溫度監測，控制冷卻水管進水流量及溫度。

4 防裂措施展望

4.1 采用不同型號的混凝土

大體積混凝土上層采用早強水泥下層采用普通水泥，這樣，在內部混凝土水化熱未釋放之前達到混凝土抗拉強度，從而防止混凝土開裂。

4.2 吸收溫度的儀器

研究一種能吸收水化熱的儀器，當水化熱反應產生的熱量時，它便開始有反應，就像人需要氧氣一樣。如冰箱的制冷裝置、冰棒。同時，還不影響結構受力。

5 結束語

裂縫是大體積混凝土在工程應用中較為常見的病害，而裂縫的控制技術較為復雜，必須對原料、配比、設計以及施工和養護等多方面內容嚴格控制，從而才能有效減少裂縫的產生。但是目前裂縫的控制還并不完善，大體積混凝土的裂縫控制工作的發展仍舊需要廣大業內同仁共同努力。

參考文獻

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