主橋承臺大體積混凝土開裂的起因與防裂措施

孫春剛

中鐵十六局集團第五工程有限公司

1 引言

主橋承臺大體積混凝土被廣泛地應用到各種建筑施工中，使得混凝土結構的保養與防裂成為建筑施工的重點之一。特別是多數施工項目中大體積混凝土都是應用在主體部分，若是無法控制開裂問題，就難以保證建筑物的安全性與工程質量。因此，在主橋承臺大體積混凝土施工中，就要做好防裂工作，在施工階段加強質量管理，以保障混凝土的結構強度，防止開裂。

2 工程概況

寧夏永寧黃河公路大橋與葉盛黃河公路大橋、銀川黃河公路大橋相鄰，是銀川市綜合規劃的重點項目，處于銀川市永寧縣和靈武市之間，全長有3753.1m，其中主橋橋跨為（110+260+110）m、雙塔雙索面斜拉橋+（50.5+6×90+50.5)，主橋長為1121m，橋梁寬面為2×16.5m。主橋承臺呈現啞鈴形，是整體式混凝土結構，其中外形尺寸為51.08×32.5m、厚度為5m。由于承臺位于黃河流域中，水位較高，承臺尺寸大，承臺入泥深，承臺施工時周邊支護采用鋼板樁圍堰；基坑開挖采用抽水吸沙的方式；圍堰內封底混凝土采用水下封底。

3 主橋承臺大體積混凝土開裂的起因

實際施工中，導致主橋承臺大體積混凝土開裂的因素有很多，最為常見的就是溫度，除此以外還有施工工序、周邊環境和儀器設備等，以下是針對這些因素的歸納與總結：

3.1 內外溫差

水泥的主要成分是石灰，眾所周知，石灰遇水后會放熱，所以水泥水化熱也會影響混凝土的結構。大體積混凝土澆筑完成后的3～5天內，就會出現因為內部水化反應所出現的放熱現象，由于這些熱量是在混凝土結構內部產生的，一旦出現散熱不均勻，就會導致內部儲熱，內部溫度高于外部溫度所產生的溫差，就會大致內外結構拉應力出現偏差，一旦內外結構拉應力超過了結構本身的強度極限，就會在外部出現裂縫。所以，水泥水化熱所造成的內外溫差，是混凝土開裂的主要原因。

3.2 濕度變化

除卻混凝土內部放熱以外，外界氣候與濕度變化，也會影響混凝土的澆筑，特別是混凝土的凝結會受外界濕度和溫度的而影響。若是在澆筑過程中，外界溫度過高救護導致澆筑入模溫度高，極容易影響混凝土結構的內外溫差，若是溫差逐步增大，就會造成混凝土表面和內部結構之間的受力不均勻，導致混凝圖外部開裂。濕度對混凝土結構的影響，主要是體現在水分蒸發上，因為水分蒸發不均勻導致溫度分布差別大，影響了內應力的分布，從而導致混凝土表面開裂。

3.3 結構基礎變形

結構基礎變形也會影響混凝土結構，這也是主橋承臺大體積混凝土開裂的主要原因。如果在施工設計階段，對施工地點的勘探部精確、或是實驗詩句不準確，地質條件調查不全面，就會導致施工階段出現地質不均勻沉降的現象，從而出現結構基礎變形。尤其是在軟土地基去施工中，若是沒有做好地基固化措施，地基在施工中遇水就會變形，建筑體受力不均勻或是協調性不夠，就會產生裂縫，且還是深度裂縫和貫穿裂縫，對整體建筑結構以及施工質量會造成較大影響，從而留下較大的安全隱患。

3.4 混凝土收縮

開裂，不僅會發生在澆筑后或是與溫度有關，也會出現在凝結時期。收縮現象是凝結時期出現混凝土開裂的主要原因，若是在混凝土施工中無法很好地控制收縮現象，就會導致開裂。其中，干燥收縮，是由于混凝土在凝結過程中出現水化反應，導致結構內的水分快速蒸發。混凝土出現水化反應的水量，僅占據混凝土所有水分的20%，其余的水分則是用于保證混凝土結構的和易性，這些水分在澆筑凝結后都會逐步向外蒸發。相對的，塑性收縮則是因為混凝土內外部的水分蒸發速度不一樣，影響了混凝土整體的拉應力結構，內外溫差越大，則造成的拉應力就越大，超出混凝土結構強度后，就會出現由外向內的干縮現象，這種現象無法逆轉。

4 主橋承臺大體積混凝土的有效防裂措施

為控制裂縫，減少裂縫的產生，需要在混凝土施工中做好防裂措施，從材料篩選到工序控制，從設備配置到后期養護，都要選擇合適的防裂出措施，以運用好大體積混凝土施工技術，保證混凝土的施工質量。

4.1 加強對混凝土材料的篩選

現階段，主橋承臺大體積混凝土的施工材料基本上都是水泥、活性混合材料等，為了提高混凝土結構的強度，防止開裂。在實際施工前，應先對材料質量和材料的使用進行科學規劃與控制，水泥大體積混凝土結構出現裂縫，主要是因為混凝土自身材料的散熱性較差，因此在選擇材料中，要注重對材料散熱性的考察。一方面，在水泥材料選取中，要格外注意睡你的礦物組成和細度，因為水化熱強度與這兩者有關，水泥材料篩選中應該選擇細度適中的材料，并在使用前進行試驗，測定材料的水花反應速度。另一方面，在活性混合材料選取中，要及時控制水化熱升溫，通過降低水泥含量和提高混凝土的易和性，減少水化熱所放出的熱量。最為常用的是粉煤灰，這種材料的反應比較緩慢。再者，粉煤灰中含有較大玻璃球型顆粒，且其硬度較高，表面積較小，吸附水能力比較低，降低混凝土干縮性的同時，增強其強度，以減少裂縫的產生。

4.2 注重對外加劑的選擇

在外加劑的選擇中，大體積混凝土使用的外加劑有緩凝劑、引氣劑、高效水凝劑，這些外加劑的功效和特點不同，科學、合理地使用外加劑，能顯著降低混凝土水化反應強度，均衡內外的散熱速度、提高結構整體強度，以防止開裂。因此，在主橋承臺大體積混凝土澆筑過程中，由于混凝土中水泥含量較少，多的是拌和物，應該在拌和中加入小體積的封閉氣泡，減少骨料的摩擦，必要時還可以使用引氣劑改善混凝土內部的孔結構，以提升混凝土的強度與耐久度。由于大體積混凝土很難散去內部的熱量，所以在緩凝劑選擇中，要盡可能地選擇中性緩凝劑，在不影響混凝土結構的同時，減緩混凝土的水花反應，控制熱量的產生速率，縮小內外溫度差異，減小內外溫差。

4.3 優化混凝土施工技術

首先，要合理安排混凝土澆筑機械設備，既要保證在混凝土澆筑中能配備足夠數量的機械設備，連續性地澆筑大體積混凝土，也要結合以往工程實踐經驗，劃分好設備的布置區域，避免設備之間的相互影響。本工程在實際施工中要保證供應量為90m3/h以上，所以至少要配備8臺運輸罐車運送混凝土，現場還要有2臺輸送泵輸送混凝土至承臺內，整個澆筑過程中工地現場的發電系統要正常使用，確保施工不會被外界因素打斷。其次，承臺模板及其鋼筋安裝中，應該依據設計圖紙的要選，選擇好模板以及鋼筋，布置好冷卻管。在模板安裝前，還要對承臺尺寸和平面位置進行復測，保證平面尺寸、平整度以及標高符合規范要求，再結合設計一致和規范進行測量放樣。

4.4 做好混凝土養護

混凝土施工前就要規劃養護工作，明確每項施工步驟，控制水泥水化熱造成的溫差和散熱問題。為避免水分蒸發不均勻，要在澆筑完成后，用棉絮覆蓋或是進行二次抹壓，再利用冷卻循環水持續性澆向混凝土表面的棉絮，以實現水分均勻蒸發和控制熱量散失速率，縮小內外溫差。此外，還要盡可能地提高養護水的溫差，減少混凝土表面水與大氣之間的溫差，將混凝土中心與表面之間的溫差控制在固定范圍之內。

5 結語

綜上所述，為減少裂縫的產生，混凝土施工中要控制好溫差，選擇合適的水泥材料和添加劑等，在施工前就要面向周邊施工環境、氣候以及濕度等因素做好全面的地質調查，依據影響混凝土施工以及結構安全性的各項因素，采取有效的防裂措施。