對(duì)橋梁施工大體積混凝土裂縫成因與防治研究

（五九五建設(shè)有限公司，福建 泉州 362000）

大體積混凝土是橋梁工程建設(shè)中非常重要組成部分，對(duì)工程質(zhì)量起到直接影響，為確保橋梁施工質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工，積極完善方案設(shè)計(jì)，確保建筑材料的質(zhì)量水平。但就目前來(lái)看，大體積混凝土施工質(zhì)量無(wú)法得到有效保障，會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問題，極易產(chǎn)生裂縫，不僅會(huì)對(duì)建筑工程外形帶來(lái)不利，還會(huì)嚴(yán)重影響橋梁工程質(zhì)量，因此采取有效的改進(jìn)措施顯得至關(guān)重要。

1 橋梁施工大體積混凝土的概述

1.1 橋梁施工大體積混凝土的簡(jiǎn)介

大體積混凝土的實(shí)體的最小尺寸通常會(huì)在一米或一米以上，與其他混凝土相比體積較大。大體積混凝土的表面系數(shù)比較小，而其中的水泥水化釋放的熱量較為集中，所以導(dǎo)致其內(nèi)部溫度升高的速度很快。因此當(dāng)外界溫度較低時(shí)，會(huì)使內(nèi)外溫差很大，從而導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，會(huì)在一定程度上對(duì)橋梁的工程結(jié)構(gòu)的正常使用產(chǎn)生負(fù)面影響。要想施工的質(zhì)量得到強(qiáng)有力的保障就必須對(duì)大體積混凝土進(jìn)行全面分析。

1.2 橋梁施工大體積混凝土的特點(diǎn)

橋梁施工大體積混凝土有結(jié)構(gòu)極為厚實(shí)、混凝土的量較大且工程施工的條件非常復(fù)雜等特點(diǎn)，因此對(duì)橋梁施工的技術(shù)要求極高。另外水泥水化熱一般溫度會(huì)在20 度以上，極易導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的現(xiàn)象，在很大程度上會(huì)影響橋梁工程的質(zhì)量及使用壽命。大體積混凝土的最小斷面的尺寸在一米以上，所以必須采用有效的技術(shù)措施將內(nèi)外的溫度差值降低，從而合理解決溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫問題。

2 橋梁施工大體積混凝土裂縫的類型

2.1 溫度裂縫

溫度裂縫是因?yàn)闇囟鹊母淖兌鴮?dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)收縮或膨脹而產(chǎn)生的裂縫。特別是在施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)裂縫的幾率相對(duì)較高。按照裂縫深度由深到淺的順序可劃分為貫穿裂縫、深層裂縫以及表面裂縫三種。大體積混凝土的表面裂縫可以在外界氣溫等條件下發(fā)展成深層裂縫，再進(jìn)一步發(fā)展最終成為貫穿裂縫。貫穿裂縫的危害程度最大，它切斷了大混凝土的結(jié)構(gòu)斷面，還對(duì)整個(gè)橋梁的穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。

圖一 溫度裂縫示意圖 a:表面裂縫b:貫穿裂縫c:深層裂縫

2.2 微裂縫

出現(xiàn)的裂縫在施工環(huán)境的最大允許值內(nèi)并不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全，正常情況下，室內(nèi)最大允許值在0.3mm，露天環(huán)境下最大允許值在0.2mm。微裂縫的類型有水泥粘接區(qū)域出現(xiàn)的粘著裂縫、集料間出現(xiàn)的水泥石裂縫以及集料自身的裂縫三種。微裂縫分布凌亂，且只沿著截面。因此，大體積混凝土雖然存在微裂縫但還能承受拉力。但在受力較大的薄弱環(huán)節(jié)，微裂縫還是會(huì)對(duì)大體積混凝土的強(qiáng)度和剛度有一定程度的不利影響。

3 橋梁施工大體積混凝土裂縫的形成原因

在橋梁工程中加強(qiáng)對(duì)大體積混凝土裂縫的防治是建筑施工單位重點(diǎn)關(guān)注的問題，為了防治裂縫的產(chǎn)生，建筑企業(yè)應(yīng)采取有效的措施。就目前來(lái)看，橋梁施工大體積混凝土裂縫的形成是由材料自身等原因造成的，以下是對(duì)其原因進(jìn)行全面詳細(xì)地分析。

3.1 材料自身造成的大體積混凝土裂縫

橋梁施工大體積混凝土需要利用水泥的黏性進(jìn)行穩(wěn)固，而水泥在凝固的過程中會(huì)產(chǎn)生變形。所以，大體積混凝土?xí)驗(yàn)樗嗔吭黾訕O有可能產(chǎn)生嚴(yán)重變形。這與水泥的特性以及大體積混凝土的強(qiáng)度有非常直接的關(guān)系，也是結(jié)構(gòu)中最為薄弱的地方。骨料的接觸點(diǎn)有氣孔會(huì)使結(jié)構(gòu)變疏松，尤其是細(xì)骨料出現(xiàn)的收縮現(xiàn)象最為明顯。在外力作用下，骨料和水泥石的變形出現(xiàn)收縮程度不相同的情況，兩者間的連接點(diǎn)極為薄弱會(huì)降低大體積混凝土的性能。另外水泥和水的配比也是引起裂縫產(chǎn)生的重要原因，水泥的類型不同及用量不同都會(huì)使拌制的大體積混凝土的強(qiáng)度以及收縮值出現(xiàn)差異。通常采用礦渣硅酸鹽水泥制成的混凝土的收縮值較大。水的用量和性質(zhì)也會(huì)影響大體積混凝土的收縮值及強(qiáng)度。如：大體積混凝土的收縮值會(huì)隨著水量增多而提高。此外，水泥在水化時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，而由于上述所說(shuō)的大體積混凝的土的特點(diǎn)會(huì)使熱量在內(nèi)部聚集且極難散及時(shí)發(fā)出去，從而使內(nèi)外形成較大的溫差。

圖二 不同水泥用量混凝土溫升曲線

3.2 外界環(huán)境造成的大體積混凝土裂縫

在橋梁大體積混凝土施工過程中，外部氣溫的改變會(huì)使?jié)仓囟犬a(chǎn)生變化。尤其是在氣溫在短時(shí)間內(nèi)降到很低時(shí)，溫度應(yīng)力會(huì)因內(nèi)外溫差增加而隨之增大，進(jìn)而引起變形導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。在夏季氣溫較高時(shí)會(huì)使大體積混凝土的內(nèi)部溫度不能良好散發(fā)，從而對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。另外在養(yǎng)護(hù)階段若是外界太過干燥，濕度過低，會(huì)使大體積混凝土內(nèi)的水分加速蒸發(fā)、水泥水化不完全，從而導(dǎo)致收縮增大出現(xiàn)裂縫，這會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的抗?jié)B能力。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題造成的大體積混凝土裂縫

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的裂縫往往可以通過有關(guān)的科學(xué)計(jì)算得出。其運(yùn)算流程是先計(jì)算大體積混凝土結(jié)構(gòu)的受力體系，再與內(nèi)力計(jì)算的結(jié)果充分結(jié)合就可以對(duì)正常情況下的計(jì)算模型以外的受力進(jìn)行判斷。在進(jìn)行大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)荷載狀態(tài)有一定的差異。例如外界溫度過高時(shí)，差異更為明顯，這會(huì)使橋梁轉(zhuǎn)角位置混凝土收縮變形，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。在這樣的情況下，大體積混凝土的橋面也會(huì)出現(xiàn)一定程度的收縮變形，出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致拉應(yīng)力以及溫度應(yīng)力的產(chǎn)生。當(dāng)橋梁明顯高于板厚時(shí)，由于梁比較高所受的溫度影響較低，所以梁和板間變形程度上會(huì)出現(xiàn)明顯的區(qū)別，導(dǎo)致板內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力，裂縫就會(huì)產(chǎn)生。另外，由于兩者的表面積不同，板混凝土的干縮速度較快，變形快慢也會(huì)不同，會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。

4 橋梁施工大體積混凝土裂縫防治對(duì)策

為了防治混凝土裂縫的產(chǎn)生，在對(duì)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)采取科學(xué)有效的防治對(duì)策，如加強(qiáng)對(duì)原材料的控制、加強(qiáng)對(duì)溫度的控制以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。詳情如下：

4.1 加強(qiáng)對(duì)原材料的控制

水泥水化熱是產(chǎn)生溫度應(yīng)力的主要因素之一，所以加強(qiáng)對(duì)原材料的控制非常關(guān)鍵。首先，建筑企業(yè)應(yīng)對(duì)原材料的質(zhì)量水平加以重視，加強(qiáng)對(duì)施工材料質(zhì)量提前驗(yàn)收與檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)不合格材料不可用于現(xiàn)場(chǎng)施工，應(yīng)確保所采用的水泥、外加劑、水、粗細(xì)集料等原材料符合施工要求，從而為保障混凝土施工效果奠定重要基礎(chǔ)。其次建筑企業(yè)還應(yīng)優(yōu)先選用低熱化及凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥，如熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等。在配制粗骨料時(shí)最好是采用連續(xù)級(jí)配的方式，細(xì)骨料采用中砂為佳。在保證混凝土的強(qiáng)度及坍落度要求的同時(shí)還需提高摻合料和骨料的含量，來(lái)降低水泥的使用量。

此外，為了減少裂縫的出現(xiàn)，建筑企業(yè)還應(yīng)提高混合料配合比設(shè)計(jì)水平，滿足實(shí)際施工需求。還應(yīng)該盡量降低砂率、水膠比、坍落度等，將粉煤灰適當(dāng)摻入，預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。在施工前結(jié)合實(shí)際荷載承受力要求進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳摻量。

4.2 加強(qiáng)對(duì)溫度的控制

在建筑工程施工早期凝結(jié)硬化階段，極易受外界氣溫的影響出現(xiàn)溫度變化問題，這也是裂縫發(fā)生的主要因素。與此同時(shí)還會(huì)受到自身的影響。做好降溫保濕工作主要從以下三方面入手：一是降低澆筑溫度，最主要的就是使混凝土的出機(jī)溫度降低，從而使大體積混凝土的總升溫值及結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度差降低。其中最為直接有效的方法是降低原材料的溫度。在高溫的夏季，建筑企業(yè)應(yīng)該要求商品砼供應(yīng)商在砂、石堆場(chǎng)搭建遮陽(yáng)裝置，從而避免太陽(yáng)曝曬，必要時(shí)還需要進(jìn)行淋水沖洗的降溫措施。混凝土澆筑施工作業(yè)最好是在夜間進(jìn)行。在冬季時(shí)盡量不在氣溫低時(shí)進(jìn)行澆筑，以降低結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差異。二是施工時(shí)使用分段分層澆筑方式，每層控制在30cm 的厚度之內(nèi)且進(jìn)行密實(shí)振搗，從而使水化熱的散熱速度加快，防止產(chǎn)生裂縫。另外進(jìn)行二次振搗還能使混凝土的密實(shí)度以及兩層混凝土間的粘合度增加，從而使其抗裂能力大幅度提高。需要注意的是大體積混凝土的表面以及中心溫度應(yīng)該在25℃以上，所以在澆筑成型拆模后還需要采取必要的保溫措施，如利用碘鎢燈、定時(shí)噴水或蓄存熱水的方法，使混凝土的表面以及外部附近的溫度提高。還可以進(jìn)預(yù)埋管道而灌入冷熱水來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的控制。三是做好保濕措施，主要是在混凝土剛澆筑完成的凝固硬化的階段。這個(gè)時(shí)期的水化速度比較快，因此需要進(jìn)行噴灑水霧等措施，使環(huán)境變潮濕。及時(shí)的保濕養(yǎng)護(hù)可使混凝土的水分蒸發(fā)速度減緩，水泥充分水化。水泥水化會(huì)生成堵塞混凝土內(nèi)的微小孔隙，從而使抗?jié)B性得到有效提高。四是做好測(cè)溫檢查工作，盡量實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土內(nèi)部的溫度變化及時(shí)掌握。在布置測(cè)溫點(diǎn)時(shí)要能充分體現(xiàn)大體積混凝土的真實(shí)狀況，設(shè)在其底部、表面以及底部位置，且測(cè)點(diǎn)要有2.5m到5m 的間距。當(dāng)溫度上升的時(shí)期測(cè)量要隔2h 到4h，下降時(shí)可隔8h，與此同時(shí)還需要測(cè)量外界溫度。做好相應(yīng)的記錄，根據(jù)記錄情況采取相應(yīng)的措施。此外，為了避免裂縫產(chǎn)生，在攪拌作業(yè)中應(yīng)對(duì)時(shí)間合理分配，在澆筑過程中應(yīng)合理控制溫度，在澆筑工作完成后的48h 內(nèi)應(yīng)對(duì)溫度情況進(jìn)行定期檢查，確保結(jié)構(gòu)溫度的合理性。

4.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)大體積混凝土變形產(chǎn)生裂縫進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要充分結(jié)合剛度、應(yīng)力以及強(qiáng)度的影響，仔細(xì)勘察施工地區(qū)的實(shí)際情況。大體積混凝土的橋梁面的轉(zhuǎn)角處應(yīng)鋪設(shè)適量的鋼筋，這種情況下，鋼筋在不同方向產(chǎn)生合力不僅能在一定程度上約束大體積混凝土的變形，還能使其內(nèi)應(yīng)力得削弱，以此來(lái)避免產(chǎn)生斜側(cè)縫。科學(xué)地分析對(duì)立面以及平面，力求設(shè)置的鋼筋分布合理，以預(yù)防大體積混凝土的截面出現(xiàn)突變而引起的拉應(yīng)力。此外，大體積混凝土間的分縫間距還與約束力有著密切關(guān)聯(lián)，可以利用變形縫橋梁切割成多個(gè)較小的變形單位，這能使約束力減少。通過這些舉措不僅可避免應(yīng)力集中的發(fā)生，還可增強(qiáng)大體積混凝土抗拉強(qiáng)度，確保施工效果更理想。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，對(duì)大體積混凝裂縫形成的原因及相應(yīng)的對(duì)策分別進(jìn)行了詳細(xì)分析，裂縫防治作為大體積混凝土施工的重要內(nèi)容，會(huì)對(duì)建筑物整體質(zhì)量造成直接影響。因此，建筑企業(yè)應(yīng)對(duì)其加以重視，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)落實(shí)相關(guān)防治對(duì)策。與此同時(shí)還需加強(qiáng)施工人員培訓(xùn)管理，提高其綜合素質(zhì)及專業(yè)水平，為大體積混凝土施工質(zhì)量提供有力保障，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其更好地滿足車輛通行的需求，進(jìn)而為我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)。