如何控制橋梁工程中大體積混凝土裂縫

李志華

(天津新亞太工程建設(shè)監(jiān)理有限公司, 天津 300251)

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的,各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素如下。

1.1 水泥水化熱的影響

水泥水化過(guò)程中放出大量的熱,且主要集中在澆筑后的7 d左右,一般每克水泥可以放出500 J左右的熱量,如果以水泥用量350～550 kg/m3來(lái)計(jì)算,每立方米混凝土將釋放出17 500～27 500 kJ的熱量,從而使混凝土內(nèi)部溫度升高(可達(dá)70 ℃左右,甚至更高)，尤其對(duì)大體積混凝土來(lái)講,這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同,故混凝土中心溫度很高,就會(huì)形成溫度梯度,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.2 混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬η闆r下的這種自發(fā)變形,受到外部約束時(shí)(支撐條件、鋼筋等),將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,使得混凝土開(kāi)裂，主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化,后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形。

1.3 外界氣溫濕度變化的影響

在施工期間,外界氣溫變化對(duì)防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大影響?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系,外界氣溫愈高,混凝土的澆筑溫度也就會(huì)愈高；如果外界溫度降低則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。如果外界溫度的下降過(guò)快,會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力,極其容易引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。另外，外界的濕度對(duì)混凝土的裂縫也有很大的影響,外界的濕度降低會(huì)加速混凝土的干縮,也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1.4 其他因素的影響

結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會(huì)產(chǎn)生裂縫,這種裂縫會(huì)隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大。

超荷載使用或未達(dá)到設(shè)計(jì)過(guò)早加荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,這種裂縫稱之為荷載裂縫。

混凝土配合比不良會(huì)造成混凝土塑性沉降裂縫,一般是混凝土配合比中,粗骨料級(jí)配不連續(xù)，數(shù)量不夠,砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。

2 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施

2.1 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)

(1)原材料選用

高速鐵路施工期間路基與橋梁、涵洞過(guò)渡段的處理措施……………………………………………………… 李仰科（4-128）

水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升,大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥,如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等,并盡可能減少水泥用量。細(xì)骨料宜采用2區(qū)中砂,因?yàn)槭褂弥猩氨扔眉?xì)砂可減少水及水泥的用量。在可泵送情況下，粗骨料選用粒徑5～20 mm連續(xù)級(jí)配石子,以減少混凝土收縮變形。使用摻合料應(yīng)添加粉煤灰。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節(jié)約水泥,降低水化熱,增加混凝土和易性,而且能夠大幅度提高混凝土后期強(qiáng)度,推移溫升峰值出現(xiàn)時(shí)間。

(2)外加劑的使用

采用減水劑,如緩凝高效減水劑；采用膨脹劑,如廣泛使用u型膨脹劑無(wú)水硫鋁酸鈣或硫酸鋁。試驗(yàn)表明,在混凝土添加了膨脹劑之后，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力可以抵消一部分混凝土的收縮應(yīng)力,相應(yīng)地提高混凝土抗裂強(qiáng)度。

2.2 溫控措施及施工現(xiàn)場(chǎng)控制

(1)溫度預(yù)測(cè)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方案,采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)混凝土施工期溫度場(chǎng)和溫差進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),提供結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況,制定混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)優(yōu)化選擇。

(2)混凝土澆筑方案

采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施,在澆筑前經(jīng)詳細(xì)計(jì)算安排分塊分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(zhǎng)度、前后澆筑的搭接時(shí)間；控制混凝土入溫度并加強(qiáng)振搗,嚴(yán)格控制振搗時(shí)間、移動(dòng)距離和插入深度,保證振搗密實(shí),嚴(yán)防漏振和過(guò)振,確保混凝土均勻密實(shí)；做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)組織管理,要有充足的人力、物力，保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行,保證混凝土供應(yīng),確保不留冷縫；澆筑后對(duì)大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理,一般澆筑后3～4 h內(nèi)初步用木長(zhǎng)刮尺刮平,初凝前用鐵滾筒碾壓2遍,再用木抹子搓平壓實(shí),以控制表面龜裂；混凝土澆筑完后,立即采取有效保溫措施并按規(guī)定覆蓋養(yǎng)護(hù)。

(3)混凝土溫度監(jiān)測(cè)

在混凝土內(nèi)部、外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn),設(shè)置保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析。將每一測(cè)點(diǎn)的溫度值、各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值,作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù),防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

(4)應(yīng)力檢測(cè)

為反映溫控效果，可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè),應(yīng)變計(jì)沿水平方向布置，檢測(cè)水平方向應(yīng)力分量。

(5)通水冷卻

采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中設(shè)冷卻水管。冷卻水管使用前進(jìn)行試水,防止管道漏水和阻塞,根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè),控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。

2.3 構(gòu)造設(shè)計(jì)上對(duì)大體積混凝土采取防裂措施

設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式,可以減少工程數(shù)量,減低水化熱。如可根據(jù)懸索橋錨碇受力特點(diǎn),設(shè)計(jì)挖空非關(guān)鍵受力部分混凝土體積,利用土方壓重方案,來(lái)減少混凝土結(jié)構(gòu)體積。

大體積混凝土體積龐大,施工周期一般較長(zhǎng),依據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況可合理地確定混凝土評(píng)定驗(yàn)收齡期,打破正常標(biāo)準(zhǔn)28 d的評(píng)定驗(yàn)收齡期,改為60 d或更多。評(píng)定驗(yàn)收齡期應(yīng)充分考慮混凝土的后期強(qiáng)度,從而減低設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào),達(dá)到減少混凝土水泥用量，減低水化熱的目的。

邊界存在約束才會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,可采用改善邊界約束的構(gòu)造設(shè)計(jì),如遇有約束強(qiáng)的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時(shí),可在接觸面上設(shè)滑動(dòng)層來(lái)減少溫度應(yīng)力。在外約束的接觸面上全部設(shè)滑動(dòng)層,則可大大減弱外約束。

還可采取增配構(gòu)造鋼筋等措施。配筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距,全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之間。

3 結(jié)束語(yǔ)

在控制大體積混凝土溫度裂縫時(shí)既要控制混凝土的內(nèi)外溫差又要防止混凝土表面溫度的突然變化。實(shí)際施工中應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度和內(nèi)外溫差的變化趨勢(shì),并據(jù)此來(lái)調(diào)整溫控措施,確保混凝土不開(kāi)裂。影響大體積混凝土開(kāi)裂的因素很多,應(yīng)從造成裂縫的各種原因著手,采取全面防治措施,并根據(jù)工程具體情況確定防裂重點(diǎn)。

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