淺析橋梁工程中大體積混凝土裂縫成因及控制措施

摘要：隨著我國橋梁技術(shù)的迅速發(fā)展，大體積混凝土被越來越多地應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中。本文基于橋梁工程大體積混凝土裂縫成因分析，提出了減少混凝土溫度應(yīng)力和預(yù)防其形成裂縫的施工現(xiàn)場控制措施以及構(gòu)造設(shè)計上對大體積混凝土采取的有效防裂措施，旨在與同行從業(yè)人員進(jìn)行交流。

關(guān)鍵詞：橋梁工程 大體積混凝土 裂縫成因 措施

0 引言

當(dāng)前，對于機(jī)械荷載造成的橋梁裂縫問題而言，國內(nèi)外的研究探討較為成熟，然而對溫度荷載所導(dǎo)致的開裂問題分析研究還不夠充分，加之，在我國，橋梁中大體積混凝土裂縫問題還沒有獲得充分的重視，而大體積混凝土的開裂僅在高層建筑深基礎(chǔ)底板以及水利工程大壩等方面有所體現(xiàn)。基于此背景，筆者認(rèn)為應(yīng)對橋梁中大體積混凝土的裂縫問題予以重視，進(jìn)而對其成因、控制措施進(jìn)行探討能夠在最大程度上防范危害橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生。

1 橋梁工程中大體積混凝土裂縫的成因分析

1.1 外界氣溫變化的影響。針對于大體積混凝土施工而言，其裂縫的形成在很大程度上取決于外界氣溫的變化情況。而各種溫度的集合就是混凝土內(nèi)部的溫度，這些溫度包括水泥水化熱的溫度、混凝土結(jié)構(gòu)散熱溫度及其澆筑的溫度。而同外界氣溫有直接關(guān)系的是澆筑溫度，澆筑溫度會隨著外界氣溫的增溫而升高，倘若外界溫度降低，又會在一定程度上加大大體積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。假如外界氣溫下降過快，則產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，很容易造成混凝土開裂。

1.2 水泥水化熱的影響。在混凝土澆筑后的七天左右，水泥水化過程中散發(fā)大量的熱量，通常水泥放出的熱量為500J/g。倘若以240-480kg/m3計算，混凝土將釋放出熱量為1.75*104-2.75*104KJ/M3，致使混凝土內(nèi)部溫度迅速升高，可達(dá)70℃，加之混凝土內(nèi)部同表面的散熱不一，就會產(chǎn)生溫度梯度，從而使表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，倘若拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，將出現(xiàn)裂縫。

1.3 混凝土的收縮。混凝土的收縮，易言之，可理解為混凝土在大氣中硬結(jié)時所發(fā)生的體積變化的一種現(xiàn)象。在沒有外力影響的情況下，混凝土所出現(xiàn)的變形倘若受到諸如鋼筋或者支持條件等的影響的情況下，其就會形成拉應(yīng)力，造成混凝土裂縫的產(chǎn)生。混凝土硬化初期及后期的收縮是有區(qū)別的，前者是在其硬化過程中出現(xiàn)的體積變化，而后者則是其內(nèi)部水分的蒸發(fā)造成的干縮變形。

2 橋梁工程中大體積混凝土裂縫控制措施

2.1 大體積混凝土配合比設(shè)計。①原材料的選用。大體積混凝土應(yīng)選用具有較低水化熱的水泥，可選用中熱硅酸鹽水泥，并最大程度上降低水泥用量。細(xì)骨料最好采用中砂，粗骨料如果可泵送，則選用5mm-20mm粒徑的連續(xù)級配石子，從而降低混凝土的收縮變形。同時，在混凝土中添加粉煤灰一方面可以節(jié)約水泥用量，減少水化熱；另一方面能在最大程度上加強(qiáng)混凝土后期強(qiáng)度。②外加劑的使用。采用緩凝高效減水劑以及膨脹劑。通過試驗證明在混凝土中添加膨脹劑后期內(nèi)部將形成膨脹應(yīng)力，能夠?qū)⒉糠只炷恋氖湛s應(yīng)力進(jìn)行抵消，從而加強(qiáng)了混凝土抗裂強(qiáng)度。

2.2 溫度控制措施和施工現(xiàn)場控制。①按照施工過程中氣溫情況以及混凝土配合比，通過計算機(jī)仿真技術(shù)動態(tài)預(yù)測混凝土施工中的溫差，提供結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度分布以及隨混凝土齡期變化狀況，從而制定混凝土施工期間不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而做保溫養(yǎng)護(hù)優(yōu)化選擇。②優(yōu)化混凝土澆筑方案。一方面，加強(qiáng)并嚴(yán)格控制混凝土振搗及其時間，確保振搗密實，杜絕漏振、過振，保證混凝土密實均勻；另一方面，加強(qiáng)施工現(xiàn)場的組織、協(xié)調(diào)管理，保證足夠的人財物以及混凝土的供應(yīng)。澆筑后應(yīng)將大體積混凝土表面相對厚實的水泥漿做一些必要的處理，通常情況下，是繼澆筑3-4h采用木長刮尺刮平，同時為防止表面龜裂，可在混凝土初凝前通過鐵滾筒進(jìn)行碾壓1-2遍，然后采用木抹子予以搓平壓實；混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時采取保溫措施并進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)工作。

2.3 在構(gòu)造設(shè)計上對大體積混凝土應(yīng)采取的防裂措施。一方面，倘若混凝土結(jié)構(gòu)形式得到合理的設(shè)計不僅能夠降低水泥水化熱而且能夠在一定程度上降低項目的數(shù)量。鑒于大體積混凝土具有較長的施工時間，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)受力狀況對其齡期進(jìn)行合理的評定與驗收，在混凝土評定驗收齡期應(yīng)對其后期強(qiáng)度進(jìn)行充分的考慮，在一定程度上減少設(shè)計的標(biāo)號，從而降低水泥的用量，而混凝土水泥用量的減少能夠?qū)崿F(xiàn)水泥水化熱降低的目的，因而可以有效地防范大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生。另一方面，溫度應(yīng)力之所以能夠產(chǎn)生是因為邊界存在約束，因此可采取優(yōu)化邊界約束的構(gòu)造設(shè)計，倘若遇到具有較強(qiáng)約束的巖石類地基的情況時，為減少溫度應(yīng)力，能夠在接觸面上布設(shè)滑動層。在外約束的接觸面上整體布設(shè)滑動層能夠大幅度地減弱外約束。并且，鑒于混凝土在基坑具備側(cè)限條件，因此可對其進(jìn)行充分的利用，可在混凝土當(dāng)中摻和一定量的膨脹劑，進(jìn)而能夠限于基坑的約束而產(chǎn)生預(yù)壓力，對混凝土由于溫度收縮形成的預(yù)壓力有一定的補(bǔ)償作用，能在最大程度上防止混凝土開裂。同時，為加強(qiáng)混凝土抗裂性能，還可以通過在混凝土表面增加布設(shè)金屬擴(kuò)張網(wǎng)等合理措施。

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作者簡介：

黃林毅（1972-），男，陜西榆林人，本科，助理工程師，研究方向為公路橋梁施工與管理。