淺談沈丹客運專線大體積混凝土承臺裂縫控制措施

劉明明

（遼寧地質工程職業學院，遼寧 丹東 118008）

1 工程概況

新建鐵路沈陽至丹東客運專線跨沈丹高速4號特大橋15#承臺尺寸為 22.6m×14.6m×3.5m+17.2m×10.2m×3.5m，上下兩層，上層混凝土方量為614.04m3，下層混凝土方量1154.86m3，混凝土總方量為1768.9m3，為大體積混凝土承臺。施工中大體積混凝土承臺裂縫問題普遍存在，裂縫一旦形成，特別是貫穿裂縫的出現危害極大，它會降低結構的耐久性，削弱構件的承載力，同時可能危害到橋梁的安全使用。

2 大體積混凝土產生裂縫的原因

裂縫產生的原因可分為兩類：一是，結構型裂縫，是由外荷載引起的；二是，材料裂縫，主要是溫度應力和混凝土自身收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫，具體原因如下：

2.1 水泥水化熱引起的溫度裂縫

大體積混凝土從澆筑時起，到達到設計強度止，即施工期間產生的裂縫主要是由水泥水化熱引起的溫度變化造成的。升溫階段，混凝土表面溫度總是低于內部溫度，依據熱脹冷縮原理，中心部分混凝土膨脹的速度要比表面混凝土快，中心部分與表面質點間形成相互約束，中間屬于約束膨脹，不會開裂，表面屬于約束收縮，當表面拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫。降溫階段，混凝土的體積會因自身溫度不斷降低而逐漸收縮，此時，由于地基或結構其它部分的約束，混凝土的收縮受到限制，便會在混凝土中產生很大的溫度收縮應力，溫度收縮發生時，混凝土強度并不高，抵抗開裂的能力就更差，一旦混凝土中溫度收縮應力超過了混凝土當時齡期的抗拉強度，就會在混凝土中產生貫穿整個截面的裂縫。

2.2 混凝土自身的收縮

水泥水化硬化，水是必備的前提條件，但混凝土為了滿足施工和易性要求，通常所加水量是水泥水化所需水量的數倍，多余的水為游離水，這些水會逐漸向空氣中蒸發，引起體積的收縮，干縮與混凝土降溫產生的冷縮疊加增大了混凝土中的拉應力，加劇了混凝土中裂縫的產生。實踐證明混凝土干縮引起的應力值可達到溫度應力值的30%以上。

3 大體積混凝土施工防裂措施

3.1 改善混凝土的材料性能

（1）水泥

由于溫差主要是由水化熱產生的，在保證混凝土強度的前提下，要盡量選擇早期水化熱低的水泥，施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥，與同等級的礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥相比，3d的水化熱可減少28%左右，由于水化膠凝數量不斷增加，水泥石強度也隨之增加，最后可能超過同強度等級的普通硅酸鹽水泥，充分利用混凝土的后期強度。

（2）礦物摻合料

在大體積混凝土中摻入礦物摻合料（粉煤灰、礦渣等），可以減少水泥用量，延長混凝土的凝結時間，有利于混凝土熱量的消散，同時改善混凝土的和易性和降低水化熱，從而減少混凝土的內外溫差引起的拉應力。

（3）粗細骨料及其含泥量

粗骨料應盡可能選用顆粒較大級配良好的石子，細骨料宜采用級配良好的中砂和中粗砂，這樣孔隙率小，總表面積小，每立方米的水泥用量就小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產生有利。

含泥量是影響混凝土質量的主要因素之一，含泥量過大直接影響混凝土的強度，干縮變、抗滲性、抗凍融、耐磨損及和易性，會增加混凝土的收縮，降低其抗拉強度。因此，大體積混凝土中粗集料的含泥量不得大于1%，細集料的含泥量不得大于2%。

3.2 承臺混凝土澆筑方案

由于本承臺混凝土澆筑方量較大，為了防止出現混凝土溫度裂縫，采取了分層澆筑留水平施工縫的方法，減少混凝土一次澆筑量，施工安排整個承臺分5次澆筑完成。下層混凝土澆筑分3次完成，每次澆筑1.17m，385m3；上層混凝土澆筑分2次完成，每次澆筑1.75m，307.02m3，每次澆筑完待混凝土初凝后在其表面注水20cm養護3天，再進行下一次澆筑。

3.3 控制混凝土的入模溫度

混凝土的入模溫度的高低對于混凝土早期溫度產生和發展有著很大影響，入模溫度過高會導致混凝土內部升溫過快，與外界和表面溫差過大，從而大大增加混凝土表面產生溫度裂縫的機率。入模溫度過低會嚴重影響混凝土強度、特別是早期強度的正常增長，從而影響結構的使用。

澆筑大體積混凝土時應選擇較適宜的氣溫，盡量避開炎熱天氣澆筑，并選擇一天中氣溫較低的時間段施工。混凝土入模溫度不宜高于30℃，冬期施工時，混凝土的出機溫度不宜低于10℃，入模溫度不應低于5℃。

3.4 冷卻管的埋設及通水冷卻

《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》中規定：混凝土養護期間，混凝土芯部溫度不宜超過60℃，最高不得大于65℃，混凝土芯部溫度與表面溫度之差、表面溫度與環境溫度之差不宜大于20℃。為了有效的控制溫差，本承臺混凝土澆筑時布設冷卻水管，冷卻水管宜采用導熱性能較好的鐵皮管，直徑宜為Φ50mm。橫縱向間距不大于1m，通水冷卻時應保持水管暢通。設置冷卻管的混凝土層自澆筑開始，冷卻管內必須立即通入冷水，連續通水10d～12d，出水口流量10L/min～12L/min，冷卻水應取用未經日光暴曬的自來水或流動的下層江水。混凝土澆筑過程及養護期間進行冷卻水循環，將構件內部產生的部分熱量隨時帶走，降低混凝土水化熱峰值，降低構件的內外溫差，從而最大程度地避免溫度裂縫的產生。

3.5 加強混凝土的養護

混凝土澆筑完畢后，應及時灑水養護（在早期為避免外界溫度突變，混凝土表面要及時依次覆蓋薄膜、麻袋進行保溫），以保持混凝土表面經常濕潤，這樣既減少外界高溫倒灌，又防止干縮裂縫的發生，促進混凝土的穩定增長。連續養護時間不少于28d或設計齡期。

4 結語

總之，沈丹客運專線大體積混凝土承臺裂縫主要是由內外溫差過大造成的，裂縫的出現不僅會降低承臺的滲透能力，影響承臺的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低承臺的耐久性。因此，大體積混凝土承臺施工時需要采用適宜混凝土材料，選擇合理的混凝土澆筑方案、控制混凝土的入模溫度、對混凝土進行有效的降溫、減少溫度應力、加強混凝土的養護等。

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