鐵路橋梁大體積混凝土裂縫施工控制

于興川

摘要：本文分析了鐵路橋梁大體積混凝土產生裂縫的原因，對在施工中如何采取措施控制大體積混凝土裂縫的產生，提出了幾點看法。

關鍵詞：橋梁；大體積混凝土；裂縫；水化熱

1 前言

隨著國家鐵路建設的發展，大體積混凝土在橋梁結構中應用的越來越多，而且大多數都應用于主要受力部分，與此同時暴露出來的質量問題也越來越多，其中，大體積混凝土的裂縫問題尤為突出。我國普通混凝土配合比設計規范規定：混凝土結構物中實體最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即為大體積混凝土；美國則規定為：任何現澆混凝土，只要有可能產生溫度影響的混凝土均稱為大體積混凝土。目前，國內外對機械荷載引起的開裂問題研究得較為透徹。而對溫度荷載引起得有關裂縫的研究尚不充分。我們應對此加以重視，防止危害結構的裂縫產生。另外對于大體積混凝土內溫度應力與裂縫控制也多集中在水利工程中的大壩、高層建筑的深基礎底板。而對于鐵路橋梁中大體積混凝土的裂縫的研究并未得到足夠的重視。

2 大體積混凝土裂縫產生的原因

2.1 水泥水化熱

水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的2～5d左右，從而使混凝土內部溫度升高。尤其對于大體積混凝土來講，這種現象更加嚴重。因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，因此混凝土中心溫度很高，這樣就會形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生裂縫。

2.2 混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結時體積減小的現象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發變形受到外部約束時(支承條件、鋼筋等)，將在混凝土中產生拉應力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮3種。在硬化初期主要是水泥水化凝固結硬過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內部自由水分蒸發而引起的干縮變形。

2.3 外界氣溫、濕度變化

大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對裂縫的產生有著很大的影響?；炷羶炔康臏囟仁怯蓾仓囟?、水泥水化熱的絕熱溫升和結構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系，外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會造成很大的溫度應力，極易引發混凝土的開裂。另外外界的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會加速混凝土的干縮，也會導致混凝土裂縫的產生。

3 鐵路橋梁工程大體積混凝土裂縫的控制

橋梁工程大體積混凝土裂縫的產生主要是設計和施工兩方面的原因，因此主要從以下五個方面來進行控制：

3.1 優化鐵路橋梁工程大體積混凝土的設計

鐵路橋梁工程大體積混凝土裂縫的控制首先從設計方面來考慮，主要從以下幾個方面來優化設計：即使鐵路橋梁工程大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，為避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。如在孔洞的周圍以及轉角處等布景一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土承擔拉應力，提高混凝土的極限拉伸能力，這樣可以有效的控制裂縫的發展；在設計中優先考慮利用中低強度水泥，充分利用混凝土的后期強度；對于混凝土中鋼筋保護層的厚度應當盡量取較小值，因為保護層的厚度愈大愈容易發生裂縫；增配構造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距；在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫，保留時間一般不小于60天。如不能預測施工時的具體條件，也可臨時根據具體情況作設計變更。

3.2 合理選擇水泥品種及用量

理論研究表明大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。于是，我們對于橋梁中的大體積混凝土應該選擇低熱或者中熱的水泥品種。而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內礦物成分的不同。水泥礦物中發熱速率最快和發熱量最大的是鋁酸三鈣，其他成分依次為硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣。另外，水泥越細發熱速率越快，但是不影響最終發熱量。因此我們在大體積混凝土施工中應盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥。

精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應盡可能地降低混凝土的單位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰摻量)”的設計準則，生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值的抗裂混凝土。

3.3 充分利用混凝土的后期強度

根據工程特點，充分利用混凝土后期強度，可以減少用水量，減少水化熱和收縮。因為大體積混凝土施工期限長，不可能28d向混凝土施加設計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期向后推遲至56d或者90d是合理的?；谶@一點，國內外很多專家均提出類似的建議。這樣充分利用后期強度則可以每立方米混凝土減少水泥40Kg～70Kg左右，混凝土內部的溫度相應降低4℃ ～7℃。

3.4 摻合料和外加劑的利用

要降低鐵路橋梁工程中大體積混凝土的水泥水化熱引起的內部溫升，防止結構出現溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。粉煤灰只要細度與水泥顆粒相當，燒失量小，含硫量和含堿量低，需水量比小，均可摻用在混凝土中使用。通過試驗摻入粉煤灰，摻量15％左右。在大體積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，一方面可以增加混凝土的密實度，提高抗滲能力，改善混凝土的工作度，降低最終收縮值；另一方面可以節約水泥用量，水泥用量減少既可以降低成本，又可以降低大體積混凝土的水化熱，根據經驗數據，每lOkg水泥約產生l℃的水化熱，水化熱降低了，一方面有利于對大體積混凝土裂縫的控制，另一方面保溫和養護費用也隨之減少，節約成本。

對于高強混凝土外加劑可以參膨脹劑及高效減水緩凝劑。

膨脹劑，它可以等量替換水泥。并且是混凝土產生適度的膨脹。一方面保證混凝土的密實度，另一方面使混凝土內部產生壓力，以抵消混凝土中產生的部分拉應力。

混凝土本身水泥水化需水量約為水泥重量的l／4，即理想水灰比應是0．25。而實際施工時，為了滿足施工工作度的要求，其用水量比理想的用水量要大得多，使混凝土中存在多余的水分，造成混凝土孔隙率及收縮率增大，強度和耐久性降低，使混凝土質量變劣。國內多項工程試驗證明合理的摻用減水劑或高效復合減水劑，能使混凝土用水量減少25％左右，從而降低水灰比，提高混凝土的柔塑性，延緩水化熱的峰值期并可降低水泥早期的水化熱，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實度，提高混凝土的強度。

3.5 合理選擇骨料

優選混凝土各種原材料。在條件許可情況下，應優先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。

骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80％．83％，在骨料的類型選擇上應選擇線膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。粗細骨料的含泥量應盡量減少。在骨料的粒徑選擇上應該選取粒徑大強度高級配好的骨料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開展。

3.6 施工中的溫控措施

施工時在混凝土結構內部埋設冷卻水管和測溫點，通過冷卻水循環，降低混凝土內部溫度，減小內表溫差，控制混凝土內外溫差小于25'C，通過測溫點測量，掌握內部各測點溫度，以便及時調整冷卻水的流量，并采取相應的養護措施，控制溫差。同時還應加強對混凝土表面的保溫處理及其養護。尤其是冬季施工時應適當延緩混凝土的拆模時間，可以避免混凝土表面溫度驟然降低而形成較大的溫度梯度。

結束語

在控制大體積混凝土溫度裂縫時既要控制混凝土的內外溫差又要防止混凝土表面溫度的突然變化。重視溫度監測，實際施工中應隨時監測混凝土內部溫度和內外溫差的變化趨勢，并據此來調整溫控措施，確保混凝土不開裂。影響大體積混凝土開裂的因素很多，應從造成裂縫的各種原因著手，采取全面防治措施，并根據工程具體情況確定防裂重點。

參考文獻

[1]高粱.橋梁工程大體積混凝土裂縫的產生原因及控制方法.河南科技 2007第5期.

[2]崔會林.橋梁大體積混凝土裂縫產生的原因及其控制措施.黑龍江科技信息.2007年第3期.