淺談橋梁工程中大體積混凝土的裂縫問題

韓 軍

江蘇開通建設工程有限公司

淺談橋梁工程中大體積混凝土的裂縫問題

韓 軍

江蘇開通建設工程有限公司

我國的部分橋梁工程在使用中都存現了程度不等的問題，尤其是大體積混凝土裂縫問題。橋梁工程與其他的工程不同，工程結構比較復雜，混凝土一旦出現裂縫，工程的整體質量和橋梁的安全就會受到影響。

橋梁工程；大體積混凝土；裂縫

前言：

大體積混凝土已經被廣泛應用在橋梁工程中，混凝土的本身強度比較大，能對橋梁起到重要的荷載作用，混凝土受到其自身的特性影響，在外界因素的干擾和影響下容易有裂縫出現。對于這種情況，在橋梁工程中應該對混凝土工程進行保養和修護。

一、大體積混凝土的定義

在建筑工程的施工過程中，混凝土是最為常見的施工材料，在發展的過程中，混凝土也不僅僅局限在建筑工程單一的方向，已經逐漸朝著橋梁工程的建設出發，大體積混凝土的施工技術也是施工中的一個難點。眾所周知，混凝土受到溫度的影響可能會出現裂縫，一旦出現裂縫就會對工程的質量產生影響，要想避免這一問題的發生，就要嚴格控制溫度，減少溫度的差異，進而防止在橋梁建設中出現大體積混凝土裂縫的現象。

二、裂縫產生原因分析

2.1伸縮裂縫

大體積混凝土伸縮裂縫是橋梁工程大體積混凝土結構最常見的裂縫缺陷之一。產生伸縮裂縫的主要原因為：大體積混凝土在澆筑后振搗時不密實，骨料下沉導致表層浮漿過多，或大體積混凝土澆筑后表面未及時覆蓋養護，在環境條件影響下導致混凝土表面水分散失速度快，產生干縮。上述諸多因素影響，加之大體積混凝土早期強度低，無法抵抗變形作用力，最終表現為開裂現象。

2.2溫度裂縫

橋梁工程中大體積混凝土出現溫度裂縫的原因比較復雜，主要包括兩個方面，第一是因水泥水化熱反應所誘發的溫度裂縫，第二是因氣溫變化所誘發的溫度裂縫。具體可分析如下：①從因水泥水化熱反應所致溫度裂縫的角度上來說，大體積混凝土結構在硬化過程當中，水泥原料會釋放出大量的水化熱，其內部溫度持續上升，導致混凝土表面與內部出現較大的溫度差異。混凝土內部膨脹較外部而言更高，此時導致其表面出現很大的拉應力，但混凝土早期抗拉強度低，進而導致了裂縫缺陷的產生；②從因氣溫變化所致溫度裂縫的角度上來說，大體積混凝土結構施工過程當中，外部溫度的變化會對裂縫的產生起到非常大的影響。橋梁工程中，大體積混凝土內部溫度的構成元素復雜，包括水泥水化熱絕熱溫升、混凝土結構散熱溫度、澆筑溫度等，上述約束作用下所形成的溫度裂縫機制如下圖所示(見圖 1)。其中，澆注溫度與外部環境間的關系密切。一般情況下，外部溫度越高，則相應的混凝土澆筑溫度升高；外部溫度越低，則相應的混凝土澆筑溫度下降，由此導致大體積混凝土產生較大的內外部梯度，從而形成裂縫缺陷。

1.3結構變形裂縫

在大體積混凝土結構受到外界環境約束作用影響時同樣可能產生裂縫缺陷。結合橋梁工程實踐為例，當大體積混凝土澆筑在既有約束地基基礎上時，加之未采取針對性的措施來降低或放松約束作用力，就會導致其對溫度產生變形限制，進而出現貫穿性的深層裂縫缺陷。

圖 1　約束作用下溫度裂縫機制示意圖

三、大體積混凝土裂縫的控制對策

3.1設計措施

(1)重視地基的處理，大體積混凝土一般都是厚體實重的整澆式結構，地基對基礎的影響十分明顯。在設計主要應防止地基產生不均勻下沉，以及改善對基礎的約束影響。當地基為軟土層時，為防止地基產生不均勻下沉，通常采用砂墊層或其他加固辦法。砂墊層不僅可以提高地基的承載能力，而且在施工時還可以設置盲溝排水，這對減少地下水或地表水的影響都有明顯作用。

(2)合理分裂分塊，不僅可以減輕約束作用，縮小約束范圍；同時也可利用澆筑塊的層面進行散熱，降低混凝土內部的溫度。合理的分縫分塊，應能使結構起到調節溫度變化的作用，確保混凝土有自由伸縮的余地，以達到釋放溫度應力的目的，接縫的處理必須滿足防止滲漏水的要求。

(3)合理分布鋼筋，鋼筋與混凝土共同工作的基礎是兩者之間的粘結力。由于鋼的彈性模量約為混凝土彈性模量的7-15倍，所以當混凝土內應力達到抗拉強度而開始裂縫時，此時鋼筋的應力很小，想通過利用鋼筋防止混凝土裂縫的出現，就達不到目的，但合理布置分布鋼筋，可以起到減輕混凝土的收縮程度，限制裂縫的開展。

(4)混凝土設計標號不宜太高，在大體積混凝土的結構物中，力學強度和安全貯備，通常都很高，但過高的強度貯備，會使水泥用量增多，水化熱變大。導致混凝土內部溫度過高，造成內外溫差過大，從面引起結構物的開裂。

3.2配置具有抗裂、低熱性能混凝土

水泥的用量以及品種將直接對水泥水化熱反應產生影響，對混凝土溫升也有直接影響。因此，為控制大體積混凝土的裂縫問題，首先必須選擇適宜的水泥品種。其中，水泥水化熱反應主要受到水泥品種、混凝土溫升速率、以及溫升幅度等相關因素的影響，可應用如下式對混凝土絕熱溫升進行估算：混凝土絕熱溫升(℃)＝混凝土中膠凝材料用量(kg/m3)* 水泥極限水化發熱量(kJ/kg)/ 混凝土比熱(kJ/kg.℃)* 混凝土表觀密度(kg/m3)；結合橋梁工程建設施工要求來看，以承臺部分為例，其所使用大體積混凝土絕熱溫升應嚴格控制在 35.0℃范圍內。因此可以根據上式子反算每種材料所對應的水泥(膠凝材料)最低用量。以表 1 數據為例，綜合對該式的應用，結合成本等方面的因素考量，可選用 32.5P·S 礦渣水泥用于橋梁工程承臺部分大體積混凝土施工作業。

3.3混凝土內部埋置冷卻水管

在大體積混凝土內部通過埋置冷卻水管的方式，可以利用連續流動的冷水來降低混凝土內部溫度，也有助于將混凝土塊體冷卻至穩定體積狀態。冷卻水管的冷卻作用時間一般在大體積混凝土澆筑后的 10d ～ 15d 內。以橋梁工程承臺部分為例，冷卻水管在布置設計上應當考慮的問題為：結合橋梁工程承臺結構內部溫度場分布特征，以3.0m為每層厚度，于混凝土內部布置冷卻水管(多建議采取兩層式布置方案)。冷卻水管可優先選擇直徑為 60.0mm 的薄壁鋼管，布置間距以1.0m 左右為宜，針對進水口以及出水口位置而言，冷卻水管應當集中布置，以方便統一進行管理。

表1　不同型號水泥水化熱檢測結果示意表

3.4科學選擇大體積混凝土澆筑厚度與澆筑溫度

在橋梁工程大體積混凝土施工中，澆筑環節建議采取分層式澆筑方案，通過分層澆筑的方式可通過層面散熱機制起到降低大體積混凝土溫度的目的，通過此種方式可有效降低混凝土溫度最高值以及內外部溫度差異，對削弱約束機制也有確切效果。大體積混凝土分層澆筑的間歇期應當嚴格控制在 7d 以內，上層混凝土施工時下層應當處于降溫階段，以滿足溫度控制方面的需求。同時，澆筑溫度應當嚴格控制在 16.0℃范圍內。

3.5大體積混凝土的裂縫檢查

大體積的混凝土出現裂縫是非常常見的，要想完全防治是有一定難度的，所以在施工的時候應該將預防工作做好，對各項使用情況都了解清楚，設計好施工計劃。目前來看，施工人員在防治混凝土出現裂縫的系數還是不高，施工現場還有很多復雜的情況，這對防治裂縫措施的實施將帶來較大難度，所以還要將檢查工作和時候的處理工作給做好。

四、結語

大體積混凝土是目前混凝土施工中比較先進的技術手段之一。隨著大體積混凝土技術在橋梁工程建設中的不斷應用，使得橋梁工程的質量水平以及性能均得到了非常顯著的提升，從而有效的滿足了大眾對道路交通的要求，更好確保橋梁工程項目的建設質量與性能達到理想狀態。

[1]孫長龍.淺析橋梁工程中溫度裂縫的成因及防治對策[J].揚州大學學報·工程研究與實踐，2014.

[2]謝欣.談橋梁工程中大體積混凝土的裂縫問題[J].黑龍江科技信息，2015.