淺談鐵路橋梁大體積混凝土施工

彭光毅

（中鐵七局集團(tuán)第一工程有限公司）

淺談鐵路橋梁大體積混凝土施工

彭光毅

（中鐵七局集團(tuán)第一工程有限公司）

在近些年以來(lái)隨著科技的快速發(fā)展，混凝土以其高強(qiáng)度、低成本以及制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)在我國(guó)的建筑行業(yè)當(dāng)中得到了相對(duì)較為廣泛的應(yīng)用。在這種條件之下，增加混凝土的質(zhì)量就變得更加的重要。如今大體積混凝土在鐵路橋梁當(dāng)中起到了顯著的作用，與此同時(shí)，它的結(jié)構(gòu)也朝著多樣化的方向不斷的發(fā)展，然而在大體積混凝土施工當(dāng)中常常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，尤其是裂縫現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量降低。本文首先對(duì)鐵路橋梁工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了相關(guān)的論述，進(jìn)而提出一些有效的解決措施。

鐵路橋梁；混凝土；施工；解決措施

引言

對(duì)于大體積混凝土的概念，不同的人對(duì)其有不同的定義，為此在當(dāng)前并沒(méi)有一個(gè)較為明確的定義。其中建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：結(jié)構(gòu)斷面的厚度在80cm以上，并且外界氣溫與水化熱引起混凝土內(nèi)部的最高溫度之差大于253的混凝土，稱(chēng)之為大體積混凝土。而美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)規(guī)定：就地澆筑的任何大體積混凝土，它的尺寸之大，要求必須能夠解決水化熱及隨之所引起的體積變形問(wèn)題，然后以最大限度的減少開(kāi)裂的出現(xiàn)。從上述兩者的有關(guān)定義我們可以看出，絕對(duì)截面尺寸的大小并不能夠決定的大體積混凝土，而是由水化熱所引起的溫度收縮應(yīng)力所決定的，但是所產(chǎn)生水熱化的大小又與其截面尺寸的大小息息相關(guān)。

由于對(duì)于大體積混凝土的定義并不能夠統(tǒng)一，以截面尺寸對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的判斷也不完全正確。但是在對(duì)大體積混凝土進(jìn)行施工的過(guò)程當(dāng)中，由于水化熱所導(dǎo)致的外界氣溫與混凝土內(nèi)部的最高溫度之差，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的變形以及開(kāi)裂，這也就是混凝土進(jìn)行施工時(shí)所存在的首要問(wèn)題之一。

1　鐵路橋梁大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的相關(guān)原因

1.1外界氣溫濕度的變化

在混凝土結(jié)構(gòu)工程施工以及驗(yàn)收規(guī)范當(dāng)中要求進(jìn)行澆筑的溫度不應(yīng)該大于28℃。但是這一相關(guān)的規(guī)定并沒(méi)有考慮到不同地區(qū)的溫度以及濕度的差異。由此可知，在高溫季節(jié)進(jìn)行大體積混凝土的施工，外界的氣溫相應(yīng)的變化對(duì)其所導(dǎo)致的裂縫會(huì)產(chǎn)生較大的影響，在高溫季節(jié)進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)該盡可能的選取溫度較低的時(shí)間段進(jìn)行大體積混凝土的澆筑。混凝土內(nèi)部的溫度是由結(jié)構(gòu)的散熱溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和澆筑溫度等多種溫度進(jìn)行疊加之和所組成的。外界氣溫對(duì)于澆筑的溫度有著直接的影響，外界的溫度越高，混凝土的澆筑溫度也會(huì)隨之增加。外界溫度如果降低就會(huì)使得大體積混凝土的內(nèi)外溫度差增加。外界溫度如果下降的相對(duì)較快，就會(huì)導(dǎo)致溫度應(yīng)力較大，這個(gè)時(shí)候很容易的引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。

1.2混凝土的收縮

混凝土的收縮現(xiàn)象指的是在空氣當(dāng)中混凝土硬結(jié)時(shí)體積變小的一種現(xiàn)象。在不受外力的情況下大體積混凝土的這種自發(fā)變形受到外部約束時(shí)，就會(huì)在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂?；炷恋牧芽p產(chǎn)生的主要原因主要有溫度收縮、干燥收縮和塑性收縮等三種。在硬化初期是由于在水化凝固結(jié)硬過(guò)程中水泥石產(chǎn)生的體積變化，后期是由于大體積混凝土內(nèi)部的自由水分蒸發(fā)所導(dǎo)致的干縮變形。在較長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)，大體積混凝土的收縮引起了人們的廣泛關(guān)注，但是隨著混凝土與水泥的結(jié)構(gòu)工程技術(shù)以及生產(chǎn)的不斷發(fā)展，自身收縮以及溫度收縮都逐步的成為導(dǎo)致開(kāi)裂的收縮現(xiàn)象。除此之外，由于早期混凝土強(qiáng)度發(fā)展較為快，徐變以及彈性模量等有關(guān)的參數(shù)也會(huì)隨之而發(fā)生變化，這就會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂的更加得明顯。

1.3水泥水化熱

鐵路橋梁多線及雙線橋橋梁高墩、墩身大尺寸樁基礎(chǔ)承臺(tái)以及擴(kuò)大基礎(chǔ)等相對(duì)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)一般都要求進(jìn)行一次性的整體澆筑，而不再進(jìn)行二次補(bǔ)充。在混凝土進(jìn)行澆筑以后，在其逐步的硬化過(guò)程中，水泥水化就會(huì)隨之而產(chǎn)生一些相對(duì)較大量的水化熱。對(duì)于大體積混凝土而言，這種現(xiàn)象就會(huì)更加的嚴(yán)重。大體積混凝土由于其體積相對(duì)較大，水泥水化熱就會(huì)聚集在內(nèi)部而不易進(jìn)行散發(fā)，這就會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度得以顯著升高，可是混凝土的表面散熱相對(duì)較快，這樣一來(lái)就會(huì)形成較大的溫度差，導(dǎo)致外部與內(nèi)部熱脹冷縮的程度存在差異，從而使大體積混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土表面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。其中不同齡期水化熱溫升與澆筑厚度的關(guān)系如表1所示。

2　鐵路橋梁大體積混凝土裂縫的有效控制

鐵路橋梁大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生主要是施工和設(shè)計(jì)兩方面的原因，因此主要從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行有效的控制：

2.1鐵路橋梁大體積混凝土的優(yōu)化設(shè)計(jì)

表1　不同齡期水化熱溫升與澆筑厚度的關(guān)系

（1）對(duì)于大體積混凝土當(dāng)中鋼筋保護(hù)層的厚度盡可能的取其最小值，主要是由于保護(hù)層的厚度愈大，裂縫愈容易發(fā)生。

（2）在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，優(yōu)先考慮利用一些中低強(qiáng)度的水泥，這樣能夠?qū)炷恋暮笃趶?qiáng)度進(jìn)行充分的利用。

（3）為了避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生的應(yīng)力相對(duì)的較為集中，在容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的相關(guān)薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)該采取一些加強(qiáng)保護(hù)措施。如在轉(zhuǎn)角處以及孔洞的周?chē)炔贾靡恍┬苯?，這樣就能夠讓鋼筋代替混凝土所承擔(dān)的一些拉應(yīng)力，從而使得混凝土的極限拉伸能力得以提高，這樣就能夠?qū)α芽p的發(fā)展進(jìn)行有效的控制。

（4）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，對(duì)施工時(shí)的氣候特征要進(jìn)行充分的考慮，合理設(shè)置以后在進(jìn)行澆縫，一般保留時(shí)間要大于60d。

（5）配筋應(yīng)采用小間距、小直徑，從而混凝土的抗裂性能提高。

2.2摻加外加劑和外加料

要顯著的降低鐵路橋梁大體積混凝土的水泥水化熱所導(dǎo)致的內(nèi)部溫升，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)溫度裂縫，其中把粉煤灰作為混凝土的摻合料是一種最有效的方法。粉煤灰的細(xì)度只要與水泥顆粒相近，并且燒失量小、需水量比小、含堿量和硫量低，都可以作為摻合料在大體積混凝土中使用，其中摻量通常都在15％，通過(guò)粉煤灰的加入，可以使得最終的收縮值降低以及抗?jié)B能力提高，改善混凝土的工作度。

2.3合理選擇水泥用量及品種

相關(guān)的理論研究表明，水泥水化過(guò)程中釋放出大量的熱量是導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的一個(gè)主要原因。由此可知，在進(jìn)行鐵路橋梁大體積混凝土施工過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該選擇一些中熱或者低熱的水泥品種。然而水泥所釋放溫度的速度及大小與其內(nèi)礦物成分有著直接的關(guān)系。水泥礦物之中，發(fā)熱量最大以及發(fā)熱速率最快的便是鋁酸三鈣，其它的物質(zhì)還有鐵鋁酸四鈣、硅酸二鈣和硅酸三鈣。除此之外，水泥的顆粒也與發(fā)熱速度息息相關(guān)，其越細(xì)發(fā)熱速率越快，但是它不會(huì)影響發(fā)熱的總量。在進(jìn)行大體積混凝土施工當(dāng)中應(yīng)該盡可能的使用火山灰水泥和礦渣硅酸鹽水泥，并且對(duì)其配合比進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。在大體積混凝土具有良好性能的條件之下，盡量的降低其用水量，采用“高粉煤灰摻量、摻和高性能引氣劑和高效減水劑、低水膠比和低砂率以及低坍落度”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出高抗拉值、高韌性、高強(qiáng)、低熱的抗裂混凝土。

3　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在鐵路橋梁進(jìn)行大體積混凝土施工的過(guò)程當(dāng)中，收縮裂縫的相關(guān)問(wèn)題比較常見(jiàn)。在混凝土成型以后，當(dāng)中的水分就會(huì)開(kāi)始蒸發(fā)，混凝土就會(huì)由表到內(nèi)逐步的開(kāi)始干燥，大體積混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，當(dāng)對(duì)它的養(yǎng)護(hù)不合理時(shí)，水分的蒸發(fā)就會(huì)相對(duì)較快，從而導(dǎo)致收縮裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。根據(jù)鐵路橋梁大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的相關(guān)原因，在進(jìn)行施工的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該控制所使用材料的配合比，并且在大體積混凝土凝結(jié)以后，采用相應(yīng)的蓄水法對(duì)其溫度進(jìn)行有效的控制，除此之外，還應(yīng)該控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差異，確?；炷劣凶銐虻目沽褟?qiáng)度，從而能夠有效的避免裂縫的產(chǎn)生。

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[2]趙喜紅.橋梁工程承臺(tái)大體積混凝土施工質(zhì)量控制[J].山西建筑，2012（27）：192～193.

[3]焦振強(qiáng).談大體積混凝土施工工藝和質(zhì)量控制措施[J].山西建筑，2013（34）：220～221.

[4]楊文淵.實(shí)用土木工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1999.

U445.57

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1673-0038（2015）04-0142-02

2015-1-5

彭光毅（1989-），男，助理工程師，畢業(yè)于周口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，園林工程專(zhuān)業(yè)，任項(xiàng)目技術(shù)主管。