墩（臺）身混凝土裂紋預防措施

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（中鐵大橋局集團有限公司 第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 采用措施

1.1 混凝土配合比優化措施

水泥在水化過程中將釋放大量的熱量，這是大體積混凝土內部溫升的主要熱量來源。而大體積混凝土結構體積龐大，所用水泥總量較大，在斷面尺寸較大的情況下散熱較慢、內部熱量不斷積聚導致溫升過高。

工程實踐中，通過優化混凝土的配合比設計，摻加適量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化熱溫升，使大體積混凝土施工中的一項重要技術措施。

由于考慮混凝土抗凍要求，混凝土拌合物的含氣量控制在5%以上；為了滿足混凝土的耐久性需要，提高混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土配合比采用“雙摻”，即摻加礦粉和粉煤灰，在不改變混凝土性能的情況下，可以有效的減少水泥用量，降低混凝土水化熱對于大體積結構物的影響。同時，摻礦粉混凝土拌和物還有一線優點：①凝結時間延長，坍落度損失小，對夏季施工有利；②拌和物粘聚性增加，和易性較好，不易分層離析，可泵性好；③混凝土泌水減少，對減少沉降開裂有利。

1.2 混凝土原材料的選取

粗集料優先選用5～40mm石子，含泥量小于1%，針、片狀含量小于15%（重量比）。粗骨料的良好級配，是保證混凝土的和易性，優化配合比各項性能指標的必要條件，因此，墩臺大體積混凝土使用級配良好的粗集料。

為了減少大體積混凝土收縮變形，細集料的含泥量應小于2%，泥塊含量（顆粒大于1.25mm，經水洗碾后，可破碎成小于0.63mm的顆粒）按重量計小于0.5%，其石粉含量應控制在1%以內。墩臺大體積混凝土用細集料宜使用級配良好的Ⅱ區中砂，細度模數2.3～3.0，以保證混凝土的良好和易性、優化混凝土配合比的各項性能指標。

1.3 混凝土施工工藝措施

1.3.1 拌制

夏季高溫施工要對拌合水加冰進行充分冷卻，確保混凝土的入模溫度小于30℃，這將有效避免澆注后的混凝土內部溫升，從而有效控制因溫差而引起的混凝土表面裂縫。

冬季施工時要對拌合水和砂、石進行加溫處理，由此提高混凝土的出機溫度，確保出機溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃，防止混凝土在澆注過程中凍結，這將有效防止混凝土凍脹病害。

1.3.2 運輸及澆筑

（1）夏期混凝土運輸及澆筑

混凝土澆注時應盡量選擇在一天溫度較低的時間內進行，混凝土入模溫度控制在30℃以內；

澆注現場應采取遮蔭措施，以降低模板、鋼筋的溫度和改善工作條件；也可在模板外側、鋼筋上噴水降溫，在鋼筋上噴水降溫時避免沖刷模板內表面，同時模內積水應及時清除，在澆注時鋼筋上不能有附著水。

（2）冬季混凝土的運輸及澆筑

混凝土澆注時應盡量選擇在一天溫度較高的時間內進行，混凝土入模溫度控制在5℃以上；

澆注現場需嚴格控制混凝土的坍落度，坍落度以16～18cm為宜，在澆注現場應根據規范規定頻次每50m3進行儀器檢測一次，嚴格控制坍落度將有效控制混凝土的裂紋。

1.3.3 混凝土養護

（1）混凝土澆注完成后，其裸露表面應立即覆蓋浸濕不滴水的清潔毛氈或粗麻布。逐塊揭開毛氈收面，然后逐塊覆蓋。然后裸露表面全部采用浸濕不滴水的清潔毛氈或粗麻布覆蓋，在混凝土表面完全硬化后加大灑水量，并經常灑水，保持濕潤狀態最少7天，嚴禁形成干濕循環。在模板外側表面也應經常灑水，保持濕潤。

（2）冬期混凝土的養護

在混凝土澆注過程中即升火爐燒水保溫保濕，墩身及時通冷卻水降低芯部溫度，按規定時間間隔記錄混凝土芯部溫度、表層溫度、棚內氣溫，確保溫差小于20℃。混凝土芯部溫度不超過60℃，最大不超過65℃，淋注于混凝土表面的養護水溫度低于混凝土表面溫度時，二者溫差不得大于15℃。

1.3.4 表面處理

（1）混凝土收縮裂縫

產生的收縮裂縫，可向裂縫內塞填入干水泥粉，再抹壓水泥凈漿，再用干水泥粉（白色干水泥和黑水泥按一定比例摻合，其摻合比例由試驗調配）擦抹粉飾。

（2）混凝土溫度裂縫

對于表面裂縫，應視裂縫寬度和形態決定采取何種處理方式，對裂縫寬度不大于0.1mm的裂縫，由于后期水泥生成氫氧化鈣、硫酸鋁鈣等類物資，炭化作用能使裂縫自行愈合，可不處理或只進行表面封閉處理即可。

對于縫寬大于0.1mm的較深或貫穿性裂縫，應根據裂縫可灌程度，采用灌水泥漿或化學漿液（環氧、甲凝或丙凝漿液）方法進行裂縫填實，并同時采用涂環氧膠泥及抹水泥凈漿等方法進行表面封閉處理。

（3）泛沙

局部和大面積產生的泛沙，可以先將表面浮沙擦掉，再用清水將表面潤濕，然后采用凈水泥漿（白色干水泥和黑水泥按一定比例摻合，其摻合比例由試驗調配）抹平，并做好保濕養護護，防止其產生收縮裂縫。

（4）局部砼缺石性裂縫或脫皮

如果裂縫較嚴重，需將病害部位的無骨料混凝土全部鑿除，然后采用水泥砂漿抹平，進行保濕養護。

如果裂縫不很嚴重，則將脫皮敲、鑿除，采用水泥凈漿（白色干水泥和黑水泥按一定比例摻合，其摻合比例由試驗調配）抹平處理，做好保濕養護。

1.4 溫度控制

1.4.1 水管冷卻

大體積混凝土施工時，采取布設冷卻管的方案進行人工降溫，確保墩身內部與構件表面溫差小于20°C。在冬季施工時，一定要注意冷卻水和混凝土本身的溫差不能太大，可以采用使用循環水的方法，將進水口溫度調高。

水管冷卻過程通常分為兩期：一期冷卻和二期冷卻。一期冷卻是在混凝土剛澆筑完甚至在澆筑時就開始進行，以消減水化熱升；二期冷卻是在后澆帶澆筑前進行的，主要目的是為了把混凝土溫度降低至穩定溫度。

1.4.2 保溫措施

冬季施工時，為減小墩身帽砼內外溫度梯度，避免砼開裂，現場施工時采取暖棚法進行橋梁結構物的保溫。

墩身混凝土在澆筑前，先將墩身四周搭設鋼管支架并用帆布全部覆蓋，混凝土澆筑完畢及時收漿抹面，同時在墩身四周設置大孔眼煤爐并燒開水，利用暖棚法進行保溫、保濕。

暖棚內通過大孔眼煤爐加熱保濕后，最低溫度不能低于5℃，煤爐產生的煤煙建議用煙囪排出棚外，根據掌握的墩身芯部、表層、棚內溫度之間的溫差關系對棚內溫度進行調整，使其滿足溫差要求，避免溫度裂縫。

1.5 對結構施工過程中其他因素產生裂紋的控制

1.5.1 外部環境

大體積混凝土所產生的裂縫，絕大多數是表面裂縫，但是其中有一部分會發展成為深層或貫穿裂縫，影響結構的整體性和耐久性。

引起表面裂縫的主要原因是混凝土的收縮和溫度應力，而引起表面拉應力的溫度因素有：氣溫變化、水化熱和初始溫差。氣溫變化影響的類型主要分為三種：寒潮、年變化及日變化。寒潮形成的“冷擊”通常是導致表面裂縫的重要原因，而季節溫差（冬季降溫）也是引起表面裂縫甚至深層裂縫的重要原因，雖然氣溫日變化的周期較短、影響較小，但是在某些特殊的天氣條件下，也會導致大體積混凝土表面開裂。

1.5.2 完善構造設計，改善約束條件

（1）改善外約束條件

大體積混凝土出現貫穿裂縫的主要原因是結構在降溫至穩定溫度場的過程中，其收縮變形受到基礎約束而產生的拉應力。因此，在設計過程中，在滿足結構使用要求的前提下，因充分考慮基礎的約束情況，特別是巖石等強度較高的地基的約束。

（2）避免應力集中

由于溫度變化及混凝土的收縮變形，在斷面突變位置、轉角部位等應力集中區域是易于開裂的地方。因此，現場施工時可在墩身斷面突變處作過渡處理，并在轉角部位和過渡區設置構造抗裂鋼筋。

2 實際裂紋情況及改進措施

2.1 原因分析

大體積混凝土施工溫度控制的本質是：控制大體積混凝土結構的溫度拉應力不超過混凝土相應齡期的抗拉強度。

大體積混凝土工程施工過程中，在內部因素（溫度收縮、水化收縮、高性能混凝土彈性模量增長、抗拉強度增長），外部環境條件（氣溫變化、風速、濕度）、基礎約束條件及施工工藝的共同影響下，可能產生三種裂縫：表面裂縫、干縮裂縫、約束裂紋。

2.2 處理及預防改進措施

2.2.1 合理分層澆筑

當大體積混凝土結構尺寸過大，整體一次性澆筑會產生較大溫度應力，并導致裂縫時，因此，采用合理的分層澆筑方案，可直接降低收縮應力，避免墩身混凝土開裂。

2.2.2 優化施工配合比，合理選擇原材料

（1）工程實踐中，通過優化混凝土的配合比設計，摻加適量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化熱溫升，使大體積混凝土施工中的一項重要技術措施。

（2）對于大體積混凝土來說，一般應該優先采用水化熱低的礦渣、火山灰水泥和粉煤灰水泥。同時，體積安定性不良的水泥會使混凝土結構產生裂縫，應該做為廢品處理，決定不能用于大體積混凝土工程施工。

（3）粗集料的良好級配，是保證混凝土的和易性，優化配合比各項性能指標的必要條件，因此，墩臺大體積混凝土應使用級配良好的粗集料。

（4）墩臺大體積混凝土用細集料宜使用級配良好的Ⅱ區中砂，細度模數2.3～3.0，以保證混凝土的良好和易性、優化混凝土配合比的各項性能指標。

2.2.3 優化施工工藝，加強施工管理

（1）控制混凝土澆筑溫度

混凝土的內部溫度是水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度和結構的散熱溫度等各種溫度的疊加；澆筑溫度越高，混凝土的內部溫度值也越高。因此，施工過程中應該嚴格控制混凝土的澆筑溫度。特別是在墩臺身冬季施工時要保證混凝土的出機溫度不小于10°C，入模溫度不低于5°C。

（2）優化施工工藝

大體積混凝土宜采取分層澆筑，以有效增加散熱，降低水化熱溫升。另外，混凝土的收縮值和極限拉伸值，除與水泥用量、骨料品種和級配、水灰比、骨料含泥量等因素有關外，還與施工工藝和養護密切相關。因此，優化施工工藝：如改善混凝土的攪拌工藝可提高拌和物的均勻性、進行二次振搗可增加混凝土的密實度、完善養護工藝及制定科學、合理的養護工藝等，可以在一定程度上減少混凝土的收縮和提高混凝土的極限拉伸值，這對防止裂縫的產生也可以起到一定的作用。