橋梁大體積混凝土施工技術(shù)研究

李建鋒

摘 要：近些年，我國在交通運輸上的壓力得到了極大的提升，同時也在刺激著與其相配套基礎工程建設的快速發(fā)展，橋梁作為其中不可或缺的一部分，發(fā)揮著重大的意義。大體積混凝土施工技術(shù)的普及對于橋梁工程也提供了有力的技術(shù)支持，但其隨之產(chǎn)生的問題也比較突出，特別是裂縫、收縮等對工程質(zhì)量的影響是十分顯著的，甚至會導致結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損壞，引發(fā)安全事故。本文主要從橋梁工程大體積混凝土施工技術(shù)的應用出發(fā)，結(jié)合實踐分析了其常見問題及應對策略，以期能夠為我國橋梁工程的發(fā)展提供可靠支持。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;大體積混凝土;施工技術(shù)

1 橋梁工程大體積混凝土施工技術(shù)應用

一般來說，大體積混凝土即是指結(jié)構(gòu)斷面各向上的尺寸均不小于1 m的混凝土結(jié)構(gòu)。對于大體積混凝土而言，其施工首先需要注意的是由于水化熱所導致的結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差，并采取有效措施來盡可能控制由此產(chǎn)生的應力，并對裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展進行密切關(guān)注，特別注意結(jié)構(gòu)的強度、剛度、整體性和耐久性。此外，大體積混凝土的施工還具有以下幾個方面的特點：（1）結(jié)構(gòu)體積大，結(jié)構(gòu)內(nèi)的水化熱難以得到有效的散失，所以在澆筑施工完成后會產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差。（2）大體積混凝土內(nèi)部常常會伴隨產(chǎn)生較大的溫度應力，進而導致裂縫的產(chǎn)生。（3）結(jié)構(gòu)體積較大，在各個方向上的尺寸都比較突出，因此對于施工技術(shù)的要求比較嚴苛，需要嚴格控制施工環(huán)境，使其能夠滿足強度、剛度等方面的要求。在我國基礎建設快速發(fā)展的大背景下，建筑建設技術(shù)也在發(fā)生著日新月異的變化，大體積混凝土在橋梁工程鋼筋混凝土中的應用也得到了極大的普及，刺激著橋梁工程建設的質(zhì)量與體量都產(chǎn)生了長足的進步。大體積混凝土施工技術(shù)相較于傳統(tǒng)鋼筋混凝土技術(shù)而言，具有更高的施工要求，譬如在施工環(huán)境、作業(yè)面等方面都需要進行嚴格控制。特別是懸索橋錨定、承臺結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)施工中，由于其澆筑量比較龐大，很容易產(chǎn)生過大的內(nèi)外溫差，其溫度應力水平也比較復雜，就容易引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂，所以如何提升橋梁大體積混凝土施工技術(shù)的適用性就成為了一項亟待解決的問題。

2 橋梁大體積混凝土施工的常見問題

2.1 大體積混凝土收縮問題

混凝土在空氣環(huán)境中發(fā)生凝結(jié)硬化時，其體積會發(fā)生一定程度的減少，這一過程也被稱為混凝土的收縮。即便未受到外力作用，混凝土也可產(chǎn)生一定程度的變形，在內(nèi)部鋼筋的支撐作用下，兩者會發(fā)生相對位移，產(chǎn)生較大的應力，導致混凝土開裂的發(fā)生。大致來看，引發(fā)開裂的主要原因可歸為干燥收縮、塑性收縮、溫度收縮三個方面，且主要受到配合比、水泥種類、摻合料種類、養(yǎng)護條件等的影響。研究表明，混凝土中水泥的硬化大約會消耗其中約20%的水分，而剩下80%的水分將以蒸發(fā)的形式散失掉，混凝土也就因此會發(fā)生收縮現(xiàn)象，特別是在混凝土養(yǎng)護過程中若外部環(huán)境發(fā)生較為頻繁的干濕變換，則很容易對混凝土質(zhì)量造成較大的損失。作為一類非均質(zhì)的建筑材料，混凝土的組成較為復雜，在適當?shù)呐浜媳认缕涔δ苄砸材軌虻玫蕉鄻踊脑O計，其在耐久性、抗壓強度等方面都具備十分突出的性能優(yōu)勢。但在許多工程實踐中，混凝土仍舊存在一些問題，損害著其預期功能的實現(xiàn)，譬如抗拉強度差、脆性突出、容易開裂等。若混凝土結(jié)構(gòu)在施工過程中暴露出了性能問題，且未得到有效的解決，那么就很容易導致安全事故。實踐經(jīng)驗表明，在大體積混凝土施工過程中，注重內(nèi)外溫差所導致的變形不協(xié)調(diào)能夠很好地保障其基本質(zhì)量的實現(xiàn)。

2.2 大體積混凝土裂縫問題

混凝土是一類脆性突出、抗壓不抗拉的建筑材料，其抗拉強度僅有抗壓強度的10%左右。但同時大體積混凝土又具有較大的尺寸，當其溫度發(fā)生變化時會產(chǎn)生復雜的變形，同時受到約束條件的限制，就會產(chǎn)生十分突出的拉應力。而對大多數(shù)的大體積混凝土結(jié)構(gòu)而言，其往往只在表面布置一定數(shù)量的鋼筋，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部的拉應力則需要混凝土材料來承擔。且這一影響隨著溫差幅度的增大而增大，由此可以看出溫度變化在大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生上起著決定性作用?；炷聊Y(jié)硬化過程中的內(nèi)部溫度升高主要是由水泥水化放熱所導致的，同時也受到澆筑速度、散熱結(jié)構(gòu)等的影響。外界環(huán)境溫度的高低也會直接影響結(jié)構(gòu)散熱速度的快慢，在室溫條件下大體積混凝土的散熱效果一般較差，其內(nèi)部溫度甚至可以達到60℃～70℃的水平，且具有較長的持續(xù)時間。但在外部環(huán)境溫度較低的條件下，結(jié)構(gòu)外部材料的熱散失就較為活躍，大體積混凝土的內(nèi)部溫度將產(chǎn)生一定的梯度，沿著結(jié)構(gòu)的層次出現(xiàn)漸變的溫差，進而對施工造成不利影響。外界環(huán)境濕度的水平對裂縫產(chǎn)生也存在較為顯著的影響作用，濕度越低材料干縮發(fā)生的程度越大，裂縫也越容易出現(xiàn)。

3 橋梁大體積混凝土施工技術(shù)的措施

3.1 混凝土的骨料選擇

骨料是影響混凝土性能的關(guān)鍵因素，因此需要技術(shù)人員遵循嚴格的選擇原則。首先，應當優(yōu)先選擇大粒徑、高強度的骨料，這一類骨料能夠大大減少水泥的用量，因為大尺寸的骨料可以減少整體表面積且限制空隙率，同時對于水化熱的控制也有較好的效果，能夠限制裂縫的發(fā)展。同時，在設計環(huán)節(jié)中也可對混凝土的后期強度予以充分考慮。

3.2 混凝土的運輸和攪拌

在開始混凝土的攪拌工序之前，應當制定完善的攪拌制度，且維持均勻的攪拌速度，對于不同配合比的混凝土可采用不同的攪拌方法，但都應保證攪拌過程的連續(xù)性。在攪拌之后，應立即開展塌落度試驗，并依照相關(guān)規(guī)范要求做出評價，對于不滿足要求的應嚴禁使用。當攪拌完成且檢測符合要求后，即應立即轉(zhuǎn)運至澆筑現(xiàn)場，對于運輸時間應當做出明確限制，以此來控制由于混凝土離析所產(chǎn)生的不利影響，對于出現(xiàn)離析問題的應當立即安排人工開展二次攪拌。在混凝土澆筑入模的過程中，應當控制其自由傾倒高度不得大于2 m，以免出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

3.3 混凝土的配比設計

混凝土水化熱主要是由于水泥水化所產(chǎn)生的，因此水泥用量的影響是顯著的，在進行配合比設計時就應當對水泥品種進行慎重選擇，并限制其用量，以此來降低由于水化所導致的混凝土變形與開裂。同時摻合料、外加劑對于水泥性質(zhì)也具有一定的影響，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土預定功能，同時也可以對水化熱產(chǎn)生一定的調(diào)節(jié)，并使其強度、耐久性、工作性有所提升。如上文所述，大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生主要是由于水化熱產(chǎn)生的內(nèi)外溫差導致的，而水泥的礦物組成又直接影響著水化放熱的速度和體量，所以在滿足基本功能要求的前提下，可以優(yōu)先采用低水化熱的水泥品種，譬如火山灰水泥、礦渣硅酸鹽水泥。此外，也可通過利用混凝土后期強度的方法來減少配合比重水泥的用量，一般以設計荷載延遲60 d～90 d為最合理。

3.4 混凝土的設計優(yōu)化

由于在大體積混凝土中鋼筋的布置主要集中在結(jié)構(gòu)表面，而其內(nèi)部則很少涉及到，因此在受拉、受剪復雜應力條件下就容易產(chǎn)生問題。在這樣的情況下，可在混凝土結(jié)構(gòu)的重點部位，譬如常出現(xiàn)裂縫的轉(zhuǎn)角、棱邊位置可配置適量的鋼筋，幫助混凝土結(jié)構(gòu)承受應力。

3.5 結(jié)構(gòu)形式設計的合理

結(jié)構(gòu)設計是決定混凝土性質(zhì)的根本環(huán)節(jié)，所以結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差等大體積混凝土結(jié)構(gòu)的主要問題可從結(jié)構(gòu)形式設計上出發(fā)予以解決。譬如，在混凝土組分中加入適量的微膨脹劑，能夠有效限制由于溫差變形所產(chǎn)生的拉應力水平，以此來控制裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。同時，也可對混凝土驗收檢測的標準進行適當?shù)恼{(diào)整，將傳統(tǒng)混凝土驗收的28d時限改為60d，更加符合大體積混凝土充分發(fā)揮后期強度的設計要求。在設計環(huán)節(jié)中，考慮到對混凝土結(jié)構(gòu)后期強度的利用，也可對設計標號采取適當折減，降低水泥的用量。此外，實踐表明大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生除了存在較大的溫差應力外，往往也需要有一定的外界作用對結(jié)構(gòu)形成約束，所以也可從此入手改善接觸面條件，達到降低應力的目的，并可加設滑動層來減少約束強度。

3.6 保溫散熱方法的應用

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生主要是由于內(nèi)外溫差所導致的，因此如果能采取可靠的保溫散熱手段，那么就能降低溫差，防止裂縫的產(chǎn)生。具體來看，可在澆筑層中預埋鋼管并連通成循環(huán)水管，在其中循環(huán)冷卻水通過熱傳遞的方式來將結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱量散失出去。但在工作之前需要對管道進行全面的檢查，防止由于堵塞、滲漏導致效果不佳，同時對于水溫水量也應細化設計，優(yōu)化其應用效果。除了可對結(jié)構(gòu)內(nèi)部采取散熱措施外，也可針對結(jié)構(gòu)外部進行適當?shù)谋靥幚?，譬如外加保溫層等方式來延緩外層水化熱散失的速度，將?nèi)外溫差控制在合理的范圍內(nèi)。

3.7 混凝土溫度的監(jiān)測

可在混凝土結(jié)構(gòu)中采取監(jiān)測制度，在結(jié)構(gòu)內(nèi)外不同位置設置傳感器進行階梯化的溫度監(jiān)測，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)也應做好準確、及時的記錄，當記錄數(shù)據(jù)達到一定體量后，可借助數(shù)學模型或擬合公式進行分析，對內(nèi)外溫度的變化展開預測，為溫度控制技術(shù)的應用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時這一數(shù)據(jù)也能夠為技術(shù)人員提供指導，方便其對關(guān)鍵部位采取針對性的措施。

4 結(jié)束語

總體來看，橋梁大體積混凝土的施工常常會伴隨諸多的工程問題，損害項目的功能與質(zhì)量，但在合理的防治措施下，這些問題都能夠得到有效的解決與控制。借助于對混凝土配合比、攪拌運輸、保溫散熱等方面的控制，施工質(zhì)量可獲得有力的保障，使得開裂、收縮等問題的影響限制在可接受范圍內(nèi)。

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