橋梁工程大體積混凝土裂縫問題分析

文 / 東明金橋公路工程有限公司 賈順堯

隨著我國城市化進(jìn)程的加快和物流業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的地面交通已難以適應(yīng)現(xiàn)代物流的需求。在我國，高架橋的高速物流通道的出現(xiàn)，旨在為人民群眾的日常生活提供便利，為實(shí)現(xiàn)城市的現(xiàn)代化打下堅(jiān)實(shí)的基石。然而，在施工過程中，由于其自身特性，很多高架橋都要求采用大體積混凝土技術(shù)，而在施工過程中。大體積混凝土往往會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，這與建筑工人的技術(shù)能力有著密切的聯(lián)系。所以，在施工中必須進(jìn)行規(guī)范的施工，采用新工藝，以減少大體積混凝土開裂的可能性，確保施工的安全。

橋梁工程大體積混凝土裂縫問題的成因

水化熱反應(yīng)影響

水化熱反應(yīng)是在水與水泥混合作用下發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)，使混凝土中的反應(yīng)速度加快，從而提高了混凝土的升溫速度。由于水化熱作用導(dǎo)致了混凝土的內(nèi)溫升高，從而引起了溫度的變化，從而引起了大體積混凝土的開裂問題。溫度應(yīng)力與溫差成比例，隨著溫差的增大，應(yīng)力的改變會更加顯著，由此產(chǎn)生的開裂問題也會更加突出。此外，在大體積混凝土中，隨著澆注混凝土的厚度增大，水泥用量增加；若混凝土與水的配比不能得到很好的調(diào)控，則無法控制水熱化過程，造成溫度壓力和溫差的改變，從而使混凝土開裂更加惡化。

內(nèi)外約束條件共同作用

施工期間，混凝土體積將因溫度影響而變化。在坍塌變形情況下，限制其隨機(jī)變形的約束作用主要包括內(nèi)部約束和外部約束。其中，內(nèi)部約束是指混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)各模塊中間的約束作用；外部約束是指混凝土結(jié)構(gòu)而非體外結(jié)構(gòu)的約束效果。

混凝土澆筑成型前的混凝土結(jié)構(gòu)與路基或其他結(jié)構(gòu)相連。當(dāng)溫度變化引起的混凝土體積變形受到接觸面層的影響時，會產(chǎn)生外約束力。

隨著混凝土體積變形的增加，外約束力也會增加。在初始階段，混凝土的彈性模量較小，應(yīng)力松弛和塑性變形相對較大。此時，混凝土結(jié)構(gòu)在溫度影響下膨脹。雖然接觸面層會產(chǎn)生工作壓力，但范圍很小。然而，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度降低時，會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。如果混凝土結(jié)構(gòu)的變形超過其極限拉伸值時，將導(dǎo)致裂縫問題。

收縮問題

在散熱和凝固兩個階段，混凝土的收縮比較顯著，尤其是大體積混凝土。在外部約束作用下，混凝土的收縮會產(chǎn)生相應(yīng)的收縮，使其本身的拉伸性能降低，二者互相制約，最后出現(xiàn)開裂問題。由于大量使用水泥和水，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生的收縮更為顯著，且開裂發(fā)生率增加。針對混凝土的收縮開裂問題，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如水泥、水等，采用其它替代物替代，從而有效地防止混凝土的收縮。

外界環(huán)境溫度變化影響

在橋梁工程施工過程中，混凝土結(jié)構(gòu)對溫度環(huán)境因素非常敏感。混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫度由三部分累積：混凝土水膠比的隔熱溫升、混凝土澆筑溫度和表面散熱溫度。其中，混凝土澆筑溫度與外部自然環(huán)境溫度密切相關(guān)，二者呈正相關(guān)。當(dāng)外部自然環(huán)境溫度變化較大且溫度較低時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和混凝土表面的溫度梯度方向會急劇增加，當(dāng)溫度超過極限時，地應(yīng)力會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。特別是在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，由于其截面尺寸大、散熱不良，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度很可能達(dá)到80℃左右，并將持續(xù)很長時間。因此，必須采取科學(xué)合理的方法來減少混凝土外部環(huán)境的溫差，防止混凝土結(jié)構(gòu)引起的裂縫。

養(yǎng)護(hù)工作不到位

在橋梁施工的混凝土澆筑過程中，必須做好養(yǎng)護(hù)工作。如果養(yǎng)護(hù)不及時，尤其是內(nèi)箱和外包裝的養(yǎng)護(hù)不一致，預(yù)制箱梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將與外部的溫度相關(guān)性不同。預(yù)制箱梁的外部水分在陽光的作用下釋放較快，混凝土收縮形狀的發(fā)展趨勢也較快，而混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于相對封閉的環(huán)境中，水分釋放較慢，混凝土收縮形變的發(fā)展趨勢也較慢，這導(dǎo)致了地應(yīng)力的差異和裂縫的發(fā)生。因此，為了避免橋梁施工中大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生和制造，混凝土的養(yǎng)護(hù)十分重要。

通過對大體積混凝土開裂的成因進(jìn)行了全面的分析，得出了其主要的原因是內(nèi)外溫差以及溫度導(dǎo)致的變形。所以，防治混凝土開裂的主要方法是對內(nèi)外溫差進(jìn)行有效的調(diào)控。

另外，混凝土開裂還受到內(nèi)外相關(guān)約束條件、外界溫度、混凝土本身的收縮和變形等因素的制約。

大體積混凝土裂縫問題控制

水泥品種及用量把控

在大體積混凝土施工過程中，由于水化熱作用產(chǎn)生大量的熱量，從而產(chǎn)生大的溫度差和應(yīng)力的變化，最終產(chǎn)生裂縫。因此，在大體積混凝土的施工中，要注意合理選用水泥品種，并能有效地控制發(fā)熱量，減少水化熱反應(yīng)速度。

通過對水泥材料的研究，發(fā)現(xiàn)其釋放速率和發(fā)熱量取決于其內(nèi)部礦物組成。例如，氯酸三鈣可以快速引起熱量。此外，水泥粒徑也將決定其發(fā)熱量。因此，在選擇水泥品種時，必須確?？茖W(xué)把控，減少發(fā)熱量。目前，常見的水泥品種是礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥為主，它們具有較低的發(fā)熱速率，不容易發(fā)生水化熱反應(yīng)，而水泥消耗量需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行科學(xué)制備。

材料配合比技術(shù)

除了嚴(yán)格控制公路橋梁施工中混凝土原材料制備中的水泥用量外，還應(yīng)采取各種對策來改善混凝土的特性，確保混凝土的抗壓強(qiáng)度。在具體施工中，應(yīng)根據(jù)計算得出基本配合比，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定混凝土結(jié)構(gòu)中粗細(xì)骨料、混凝土外加劑和引氣劑的用量。同時，以第一道工藝流程為標(biāo)準(zhǔn)段，對接縫分層和混凝土澆筑施工后的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行工程驗(yàn)收，充分考慮外界工作溫度、空氣相對濕度、地質(zhì)條件等對混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的危害，并在確定最佳施工時間和施工工藝后，以標(biāo)準(zhǔn)斷面作為施工的參照體，促進(jìn)混凝土施工的規(guī)范化，采用有效科學(xué)的原材料配合比來處理混凝土裂縫問題。

外加劑的使用

為了改善大體積混凝土的質(zhì)量，一般采用適當(dāng)?shù)膿饺胪饧觿够炷恋牧W(xué)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，增加致密性；降低水泥的使用和收縮的大小。常用的外加劑是粉煤灰，具體的摻入量要視具體情況而定。

合理進(jìn)行溫度控制

從具體情況來看，溫度是混凝土裂縫問題的關(guān)鍵原因之一。如果我們想改善混凝土裂縫的控制，我們應(yīng)該大力開展溫度控制。其實(shí)，我們應(yīng)該從內(nèi)部和環(huán)境因素入手。有效控制內(nèi)部結(jié)構(gòu)固化溫度的最根本目的是進(jìn)一步降低低溫水泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)固化引起的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫升。因此，員工在選擇水泥類型時，應(yīng)盡量使用這些類型的中低溫水泥。此外，工作人員還應(yīng)加強(qiáng)對低溫水泥施用總量的控制。目前，更常見的方法是在水泥中添加一些外加劑。此外，相關(guān)人員應(yīng)考慮當(dāng)前橋梁建設(shè)的實(shí)際使用規(guī)定，在充分考慮各方面情況的前提下，適當(dāng)減少公路橋梁混凝土的經(jīng)營規(guī)模和用量。這可以幫助混凝土更快地釋放熱量，從而有效控制混凝土的外部環(huán)境溫差。在檢測環(huán)境因素溫度的情況下，相關(guān)人員必須確保實(shí)時動態(tài)測量施工過程中的環(huán)境因素。如果他們發(fā)現(xiàn)在此階段存在一些不可避免的極端外部標(biāo)準(zhǔn)，可能危及混凝土的具體應(yīng)用效果，他們應(yīng)在第一時間暫停項(xiàng)目建設(shè)。如果必須進(jìn)行工程施工，則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)陌踩雷o(hù)措施，以防止施工質(zhì)量和工作人員的人身安全受到嚴(yán)重威脅。

施工方面控制

1.在整個澆注階段，可以采取分塊、分層等措施，減小澆筑速度，減小澆筑層的厚度，并在澆筑時適當(dāng)釋放熱量；合理的施工工藝，避免溫度相差太大。2.在施工中，應(yīng)對水泥的配制與坍落率進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)控，以確保其振搗品質(zhì)。為了保證混凝土的澆筑品質(zhì)，嚴(yán)禁在下雨天進(jìn)行。3.在施工場地內(nèi)，因季節(jié)的變化，采用的溫度調(diào)控方法也不盡相同。在夏天的建筑過程中，應(yīng)盡可能地在溫度較低的時段進(jìn)行混凝土的澆注，如早上或晚上。另外，按照澆注的要求，可以采取給混凝土加冰的方式，也可以設(shè)置降溫管道進(jìn)行冷卻等措施。在冬天，盡可能避免出現(xiàn)最低溫度，采取保溫措施。4.在混凝土的保溫、保濕及補(bǔ)水層的設(shè)計中，要格外重視?？梢圆扇λ交蚋采w式的方法。在夏天，由于夏天的氣溫比較高，所以需要更多的水分和養(yǎng)護(hù)。反之，由于水泥的保水性的不足，加上外界溫度的不斷升高，很可能造成更多的混凝土開裂；在冬天，要加強(qiáng)對混凝土的保護(hù)和保溫。一般情況下，可以采用保溫模版或其它隔熱物質(zhì)來維持溫度。

妥善實(shí)施竣工養(yǎng)護(hù)

混凝土施工成果直接受到竣工養(yǎng)護(hù)工作的影響，但相關(guān)研究表明，這一階段的重要性在許多橋梁施工混凝土施工中被忽視。在日常操作中，工作人員必須促進(jìn)混凝土維護(hù)管理方法的正常實(shí)施，為室內(nèi)混凝土的工作環(huán)境濕度和溫度提供足夠的保證，從而幫助工作人員更有效地完成混凝土內(nèi)外溫差的有效控制，這有利于有效提高勞動效率的發(fā)展趨勢，從源頭上，我們應(yīng)該實(shí)施對建筑裂縫的合理控制。

通過對一期工程細(xì)節(jié)的分析，施工人員可以科學(xué)有效地調(diào)整養(yǎng)護(hù)工期。拆模工作后，必須在第一時間進(jìn)行底部維護(hù)。同時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膶Σ?，防止?yán)寒氣溫的危害，從而實(shí)現(xiàn)對溫差的科學(xué)控制，防止混凝土結(jié)構(gòu)在中后期和早期造成明顯的裂縫問題。

結(jié)語

在橋梁工程中混凝土裂縫不僅對橋梁的安全運(yùn)行有重要作用，而且對其壽命也有一定的損害。因此，應(yīng)加大工程建設(shè)和管理力度，對橋梁裂縫進(jìn)行有效的監(jiān)測與治理，并制定相應(yīng)的防治措施；使裂縫對結(jié)構(gòu)的破壞減至最小，使其達(dá)到最優(yōu)的施工效果，保證其安全可靠的性能。