橋梁施工大體積混凝土裂縫成因與防治研究

鮑洪雨

北鎮市交通服務中心 遼寧錦州 121300

1 裂縫產生的原因

橋梁大體積混凝土具有以下突出特征：首先是體積大，其截面積大于普通混凝土的截面積；水泥水化熱釋放比較集中，內部升溫比較快；混凝土本身屬于脆性材料，其抗拉強度僅為其抗壓強度的1/10左右。當混凝土內外溫差較大時會導致混凝土產生溫度裂縫。另外隨著混凝土的冷卻，還會產生明顯的拉伸應力，從而形成收縮裂縫。因此在施工時必須嚴格控制各項施工技術指標，降低裂縫發生率。下面是對橋梁大體積混凝土裂縫產生原因的簡要分析和防治措施。

1.1 混凝土的水化熱

水泥在澆筑后會長時間發生水化反應，釋放大量熱量。水化時間通常集中在在澆筑后的7天內。通常，每1克水泥可釋放約500焦耳的熱量。如果水泥的重量為每立方米350-550kg，則水泥的水化將產生每立方米水泥17500-27500kJ的熱量。此時，內部溫度急劇上升。研究表明，最高溫度可以達到70℃左右，甚至高于該值。對于大體積混凝土，由于其體積大，難以散熱。特別是混凝土內部和外部的冷卻條件不同，當外部區域溫度顯著下降時，其內部溫度仍然很高。在這種情況下，形成溫度梯度，拉伸應力立即出現在表面上。當拉伸應力超過最大拉伸強度時，會發生各種程度的裂紋[1]。

1.2 混凝土的收縮

澆筑混凝土后，它在空氣中凝結，混凝土的體積相應減少。此過程稱為混凝土收縮。在收縮過程中，有必要防止混凝土在外力的作用下自發變形。當受到外力約束時，內部會產生拉應力，這也是造成裂紋的重要原因。收縮分為三種：塑性收縮，溫度收縮和干收縮。硬化后的初期，水泥中的顆粒數量在水化過程中發生變化，而在后期，內部水蒸發，導致干燥收縮和變形。

1.3 外界溫度變化的影響

在鋼筋混凝土結構的施工過程中，外部環境溫度和濕度的變化對混凝土的質量有重大影響。混凝土的內部溫度主要來自澆筑時的初始溫度和水化過程的影響。澆筑過程中的初始溫度通常受外部環境的影響，并且通常成比例。換句話說，外部溫度越高，澆筑溫度越高，但是如果外部溫度太低，則內部將形成更嚴重的溫度梯度，并且溫度變化的范圍將很大。其次，內部存在明顯的熱應力，這也會引起裂紋。另外，外部環境濕度與裂縫有很大關系。隨著混凝土的收縮，濕度會進一步下降。如果空氣相對干燥，則干燥收縮率會更快，導致出現裂紋[2]。

2 橋梁施工大體積混凝土裂縫防治措施

為了防治混凝土裂縫，在綜合分析大體積混凝土裂縫成因的基礎上，應采取科學有效的措施，如加強原材料控制、加強溫度控制、優化結構設計等。具體情況如下：

2.1 加強原材料控制

水泥水化熱是產生溫度應力的主要因素之一，加強對原材料的控制顯得尤為重要。首先，施工企業要關注原材料的質量水平，加強對建筑材料的質量驗收和事前檢驗。發現不合格材料不能用于現場施工，應保證水泥、粗細集料、外加劑、摻合料及水等原材料符合施工技術指標要求，為保證混凝土工作性能奠定重要基礎。其次，施工企業還應優先選用低水化熱、凝結時間長的水泥，如中低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥等；選用連續級配的粗集料；細集料宜為中砂。同時，在有必要時應摻用降低早期水化熱的摻和料，如粉煤灰、粒化高爐礦渣等。外加劑宜選用緩凝型減水劑。

2.2 加強對溫度的控制

在凝結和硬化的早期階段，混凝土結構對外部溫度敏感，要及時進行冷卻和保濕，需要從四個方面入手：一方面是夏季施工時降低澆筑溫度，保證澆筑溫度不宜高于28℃，最重要的是降低混凝土的入模溫度。這樣可以減少大體積混凝土的總體溫升以及結構內部與外部之間的溫差。最直接和有效的方法是降低原材料溫度，安裝遮陽設備，避免原材料日光暴曬，骨料堆場采用堆高、噴淋等措施。拌合用水采取地下水、冷卻水、冰水等低溫水攪拌混凝土。混凝土澆筑工作應在一天中氣溫較低時進行。在冬天，不建議在溫度較低時拌合以減少結構內部和外部之間的溫差，保證混凝土入模溫度不低于10℃。第二方面是使用分層澆筑法，將每層的澆筑厚度控制在30cm-50cm以內，并執行緊湊的振動以促進水化熱的散熱并防止出現裂紋。大體積混凝土澆筑時宜采用二次振搗工藝，第二次振搗提高了混凝土的密實性和兩層混凝土之間的粘合性，大大提高了混凝土的抗裂性能，澆筑面應及時進行二次抹壓處理，減少表面收縮裂縫。第三是采取良好的養護保濕措施，主要在剛澆筑的混凝土固化和硬化階段，由于在此期間水合速率相對較快，因此必須噴水霧等以使環境濕潤。及時保濕會減慢混凝土中水的蒸發，并使水泥完全水合。水泥的水合可以封閉混凝土中的微孔，從而有效地改善混凝土的抗滲性，保證保濕養護的持續時間不少于14天。第四是及時監測混凝土澆筑溫度、內部溫度、環境溫度、冷卻水溫度等參數，同時監控內表溫差和降溫速率。請注意，澆筑的大體積混凝土表面和內部溫度差不宜超過25℃，實際溫升不超過50℃。可以通過分層埋設冷卻水管控制結構的內部溫度，根據升溫期和降溫期的通水時間和要求監控通水的停水時間。布置溫度測量點時，要充分反映大體積混凝土的實際情況，在混凝土結構物底部、表面、內部進行平面對稱布設測區，測區內測點按平面分層布置。將測量點之間的距離設置為2.5m至5m。溫度監測每工作班不應少于2次，持續時間一般不應少于20天，并做好詳細記錄為及時調整和優化溫控措施提供可靠數據。

2.3 優化結構設計

優化混凝土配合比，有效提高混凝土的工作性和密實性。嚴格控制水膠比，單位水泥用量、砂率及摻合料用量等技術指標。在保證混凝土強度和工作性能要求的前提下減少膠凝材料中水泥的用量，提高礦物摻合料及骨料的用量。在進行設計時宜進行水化熱的驗算或測定。此外，為減少裂縫的發生，施工企業還應提高配合比設計水平，以滿足實際施工要求。施工前，根據實際承載力要求，進行反復試驗，確定最佳摻量。

3 結語

道路橋梁工程施工是一個復雜的過程，具有許多實用性，包容性和社會性等屬性。當修建混凝土結構物時，經常發生諸如水熱和溫度應力之類的問題，此時，應使用大體積混凝土施工技術來解決有關問題。使用大體積混凝土施工技術進行橋梁施工的主要目的是控制混凝土溫度變形裂縫，提高混凝土結構物抗滲、抗裂、抗侵蝕能力，從而提高結構物的耐久性。