大體積混凝土裂縫的預防控制技術

摘要：混凝土裂縫是混凝土最常見的病害之一，預防和控制混凝土裂縫的產生是控制混凝土結構物質量的關鍵。本文以新建阜六鐵路Ⅱ標跨阜六高速特大橋為例，介紹了大體積混凝土裂縫預防控制技術，從原材料選用、配合比設計、混凝土澆筑過程控制以及實體混凝土結構物養護四個方面進行分析，成功地預防控制了大體積混凝土裂縫的產生。

關鍵詞：跨阜六高速特大橋 大體積混凝土裂縫 預防控制

1 工程概況

跨阜六高速特大橋為阜六鐵路Ⅱ標一分部的重點工程，主橋中心里程DK107+277，橋梁全長995.21m橋型布置為：6-32m簡支T梁+1-（60+100+60）m連續梁+17-32m簡支T梁，主跨采用變截面預應力鋼筋砼連續箱梁，其他橋跨采用簡支T梁。其重點難點工程為跨阜六高速特大橋主橋連續箱梁的混凝土懸臂澆注施工，因此，做好大體積混凝土裂縫的預防控制是保證連續梁實體質量的關鍵。

2 混凝土裂縫

2.1 混凝土結構的宏觀裂縫產生的主要原因 混凝土裂縫產生的原因主要有三種：①由外荷載引起的，這是最為普遍的一種情況。②結構次應力引起的裂縫，這是由結構的工作狀態與計算假設模型的差異引起的。③變形應力引起的裂縫，這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結構變形，當變形受到約束時便產生應力，當此應力超過混凝土抗拉強度時就會產生裂縫。

2.2 混凝土溫度收縮裂縫 建筑工程中的大體積混凝土結構中，由于結構截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產生較大的溫度變化和收縮作用。由此形成的溫度收縮應力是導致鋼筋混凝土產生裂縫的主要原因。這種裂縫有表面裂縫和貫通裂縫兩種。①表面裂縫：是由于混凝土表面和內部的散熱條件不同，溫度外低內高，形成了溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，表面的拉應力超過混凝土抗拉強度而引起的。②貫通裂縫：是由于大體積混凝土在強度發展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結構邊界條件的約束時引起的拉應力，超過混凝土抗拉強度時所可能產生的貫通整個截面的裂縫。

3 大體積混凝土裂縫的預防控制

現如今在鐵路建設中，混凝土結構物配合比大多選用耐久型混凝土配合比，該配合比是以部分礦物摻合料替代水泥，并摻入高效減水劑，水膠比為0.25~0.40。這類配合比極大地改善了混凝土的微觀結構，給高強混凝土帶來了許多優良特性，但其負面效應最突出的是混凝土收縮裂縫的幾率增多。因此，從原材料源頭控制并在混凝土澆筑及養護過程中科學合理地使用裂縫預防控制技術至關重要。為了有效地控制有害裂縫的出現和發展，必須從控制混凝土的水化升溫，延緩熱傳遞、減小混凝土收縮，提高混凝土的極限拉伸強度、改善約束條件和施工時設計構造等方面全面考慮，結合實際采取措施，予以消除。由于該連續梁的混凝土澆筑物是在夏秋兩季進行大體積預應力混凝土澆注工程，夏季溫度較高，秋季晝夜間溫差也較大。因此從配合比設計到最后實體混凝土結構物的養護，筆者所在的工地試驗室采取了一系列行之有效的措施，確保了混凝土的質量，并成功地預防控制了混凝土裂縫的產生。

3.1 原材料選用 在配合比設計之前，對混凝土用原材料進行了嚴格的復試試驗，確保了原材料的質量，從原材料源頭進行控制。①水泥：選用中低水化熱的水泥，選用的是P·O42.5六安海螺普通硅酸鹽水泥，6%~15%的混合材料摻入量。②粉煤灰：選用Ⅰ級淮南平圩粉煤灰，粉煤灰的摻入極大地改善了混凝土的耐久性和易泵送性并減少了混凝土水化熱的產生，減小大體積混凝土開裂的幾率。③粗細集料：合理粗細集料級配，選用質地均勻堅固，粒形良好的潔凈碎石和中粗砂。碎石級配組成5~20mm，中粗砂為細度模數2.6的Ⅱ區砂。碎石產地六安馬店、中粗砂產地六安獨山。④外加劑：外加劑的摻入在保證混凝土強度的前提下減小水膠比，提高混凝土抗拉、抗折強度及彈性模量，改善混凝土抗凍性及抗滲性，提高混凝土的耐久性，同時，還改善了混凝土拌合物的泌水性，提高混凝土的密實性。外加劑選用江蘇博特高效減水劑。⑤拌合水：拌合用水采用飲用水。

3.2 配合比設計 根據設計圖紙和規范科學的進行配合比設計，在《鐵路耐久性混凝土結構耐久性設計暫行規定》（鐵建設［2005］157號）中對C50及以上混凝土配合比設計的環境等級、水膠比、單位用水量、砂率、膠凝材料總量上都有明確嚴格的要求，尤其在膠凝材料總量的限制上不得超過500Kg/m3，因此在配合比設計中，根據原材料特性、強度保證率、耐久性能、經濟適用性以及混凝土裂縫控制等諸多因素的考慮下，設計該連續梁用C55混凝土配合比如下：

單方混凝土原材料用量(Kg/m3)：

水泥：370粉煤灰：125 砂子：666 石子：1092 外加劑：4.95 水：145

水膠比：0.29 膠凝材料總量：495 設計坍落度：180~220mm

該配合比經過拌合物性能試驗、混凝土抗壓強度試驗和相關耐久性試驗，其技術指標均符合C55耐久型混凝土技術指標要求。

3.3 混凝土澆筑過程控制 由于連續梁的整體澆筑周期很長，單次澆筑時間也很長，因此，在澆筑工程中必須要做好過程控制、細節考慮、人員安排，周密部署。①合理適當設置后澆縫，以減小外應力和溫度應力。同時也有利于散熱，降低混凝土內部溫度。②選擇適宜的氣溫澆筑大體積混凝土，盡量避開炎熱天氣澆筑大體積混凝土。對集料進行覆蓋和設置陽光裝置避免日光直曬，對混凝土攪拌車等運輸工具搭設避陽設施，以降低混凝土拌合物的入模溫度。③降低拌合物溫度，用冷水拌合，用冷水噴灑、浸泡或冷風降低骨料溫度。夜間澆筑。④合理安排施工程序，控制混凝土在澆筑過程中均勻上升，避免混凝土拌合物堆積過大高差。改善約束條件，削減溫度應力。采取分層分塊澆筑混凝土，合理設置水平或垂直施工縫，在適當的位置設置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆筑長度的蓄熱量，防止水化熱的積聚，減少溫度應力。⑤在混凝土入模時，采取措施改善和加強模內通風，加速模板內熱量的散發。⑥在澆筑過程中選用合理的振搗工藝，在提高混凝土密實度和抗拉強度的同時，減小收縮變形，保證施工質量。采取二次投料法、二次振搗法、澆筑后及時排除表面積水，加強早期養護，提高混凝土早期或相應齡期的抗拉強度和彈性模量。混凝土澆筑過程控制的核心就是混凝土拌合物溫度的控制，其控制原則是：升溫不要太早和太高；降溫不要太快；混凝土中心和表面之間、新老混凝土之間以及混凝土表面和大氣之間的溫差不要太大。溫度控制的方法和制度要根據氣溫（季節）、混凝土內部溫度、構件尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件來確定。

3.4 實體混凝土結構物養護 混凝土實體養護非常重要，在溫濕養護的同時，應該保證混凝土表面溫度與內部溫度和所接觸的大氣溫度之間不出現過大的差異。采取保溫和散熱的綜合措施，可以防止溫降和溫差過大。①在混凝土澆筑之后，做好混凝土的保溫保濕養護，緩緩降溫，充分發揮徐變特性，減低溫度應力。夏季溫度高時注意避免暴曬，注意保濕；秋季夜晚當溫度偏低時采取措施保溫覆蓋，以免發生急劇的溫度梯度。②采取長時間的混凝土養護，拆除模板或撤除保溫防護后，如表面溫度驟降，混凝土就可能會產生龜裂，只有當混凝土任何部位的溫度都處于逐漸下降狀態時，才能撤除保溫防護。大體積混凝土不能降溫過快，因為當混凝土內外存在溫差時，表面驟冷的混凝土產生裂縫的可能性很大。規定合理的拆模時間，延緩降溫時間和速度，充分發揮混凝土的“應力松弛效應”。③加強測溫和溫度監測與管理，實行信息化控制，隨時控制混凝土內的溫度變化，內外溫差控制在25℃以內，基面溫差和基底溫差均控制在20℃以內，及時調整保溫和養護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至過大，以有效控制有害裂縫的出現。

4 結束語

大體積混凝土裂縫病害的控制預防在工程施工中一直是道難題。對于混凝土裂縫，應以預防為主，必須從原材料控制、配合比設計、澆筑中的過程控制以及混凝土實體養護這四個環節全面考慮，在施工中還要注意結合實際、多分析、多總結、結合多種處理措施，混凝土裂縫是完全可以避免的。

參考文獻:

[1]土木工程材料/湖南大學等合編—北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2]《鐵路耐久性混凝土結構耐久性設計暫行規定》（鐵建設［2005］157號）.

[3]《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2002）.

[4]《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB 50204-2002）.