橋梁大體積混凝土施工質量問題產生原因及對策

摘要：通過對橋梁工程大體積混凝土施工質量問題產生原因進行分析，提出了降低混凝土溫度應力、防止混凝土產生裂縫的施工控制措施，以及在構造設計上對大體積混凝土應采取的防裂措施。

關鍵詞：橋梁；大體積混凝土；質量控制

隨著時代的發展，各種大型、超大型建筑物越來越多，混凝土的體積也越來越大。所謂大體積混凝土，美國混凝土學會的規定為：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂的混凝土”。日本建筑學會的定義是：“結構斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土稱為大體積混凝土”。

大型橋梁工程一些懸索橋錨碇、橋梁承臺和基礎結構采用了很大幾何尺寸的設計方案，龐大的混凝土體積達上萬立方米。其結構厚實、混凝土體積量大、工程條件復雜、施工技術要求高，以及水泥水化熱大易使結構產生溫度和收縮變形，出現橋梁大體積混凝土工程質量問題，給工程正常使用和耐久性帶來不同程度的危害。本文從設計、施工和質量管理等角度，研究如何保證大體積混凝土結構質量問題。

1 大體積混凝土施工質量問題產生原因分析

多年的工程實踐證明，大體積混凝土施工質量問題不是力學上的結構強度問題，而是混凝土溫度應力產生裂縫問題。大體積混凝土結構由外荷載引起裂縫的可能性較小，而由于水泥水化過程中釋放的水化熱引起的溫度變化和混凝土收縮，而產生的溫度應力和收縮應力，是其產生裂縫的主要因素。因此，控制溫度應力和溫度變形裂縫的開展，是大體積混凝土結構施工中的一個重要課題。

混凝土橋梁大體積混凝土設計強度一般較高，多為C30或C40混凝土，水泥用量達到400kg/m3以上。由于混凝土體積龐大，往往要經歷幾個月甚至一年多施工期，混凝土是熱的不良導體，集中大量地長時間澆筑大體積高強度混凝土，其截面及厚度大且內部水泥水化放熱時間相對集中，水化熱聚集在結構內部不易散發，導致溫升很大。混凝土澆筑初期彈性模量和強度都很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力也就較小。隨著混凝土齡期的增長，彈性模量和強度相應提高，對混凝土降溫收縮變形的約束愈來愈強，即產生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時，便開始產生溫度裂縫。

大體積混凝土內部的最高溫度，實際上是由澆注溫度、水泥水化熱引起的溫升和混凝土的散熱速率3部分所決定，其中由水泥水化熱引起的溫升是主要因素，當氣溫為15-20℃時，在初期升溫階段約占總溫升的65%-70%。大量的工程實測結果，當澆筑底板厚度小于1m時，混凝土內部溫度不會超過60℃；當澆筑底板厚度大于1.5-2.0m后，混凝土內部溫度將在澆筑后2-3d內達到70-80℃；大體積混凝土內部最高溫度大于70℃的工程實例相當普遍。為防止混凝土溫度應力產生裂縫，就必須從降低混凝土溫度應力和提高混凝土本身抗拉性能兩方面綜合考慮。

2 大體積混凝土施工質量控制措施

2.1 大體積混凝土配合比設計

2.1.1水泥：應選用水化熱較低，后期強度高，質量穩定的水泥，同時減少水泥用量是減少水泥水化熱和降低內外溫差的重要辦法，實踐表明，如果充分利用混凝上的后期強度，則

可使每立方米混凝上的水泥用量減少40-70 kg左右，混凝土溫度相應降低4℃-70℃，因此應將水泥用量控制在450kg/ m3以下。

2.1.2細集料：宜采用級配良好的中粗砂，根據工程實際經驗細度模數宜控制在2.4-2.8之間。

2.1.3粗集料：要優先選用天然連續級配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性。

2.1.4摻加摻和料：應用添加粉煤灰技術根據工程實踐表明，混凝土中摻入一定數量優質的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且粉煤灰有潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，并且能提高混凝土的可泵性。但是對早期抗裂要求較高的混凝土，粉煤灰摻量不宜太多，宜在10%-15%左右。

2.1.5摻加外加劑：外加劑的摻量品種對混凝土水化速度有很大的影響。根據混凝土的要求和特點不同，可采用減水劑、緩凝劑、防水劑、膨脹劑等其中的一種或多種的混合劑。

2.2 溫控措施及施工現場控制

2.2.1溫度預測分析。根據現場混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養護方案，采用計算機仿真技術對混凝土施工期溫度場和溫差進行計算機模擬動態預測，提供結構沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混凝土在施工期內不產生溫度裂縫的溫控標準，進行保溫養護優化選擇。

2.2.2混凝土澆筑方案。采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施，在澆筑前經詳細計算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度、前后澆筑的搭接時間；控制混凝土入模溫度并加強振搗，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，保證振搗密實，嚴防漏振和過振，確保混凝土均勻密實；做好現場協調、組織管理，要有充足的人力、物力、保證施工按計劃順利進行，保證混凝土供應，確保不留冷縫；澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進行必要的處理，一般澆筑后3-4h內初步用木長刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓2遍，再用木抹子搓平壓實，以控制表面龜裂；混凝土澆灌完后，立即采取有效的保溫措施并按規定覆蓋養護。

2.2.3混凝土溫度監測。在混凝土內部、外部設置溫度測點，設置保溫材料溫度測點及養護水溫度測點，現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集并進行整理分析。每一測點的溫度值、各測位中心測點與表層測點的溫差值，作為研究調整控溫措施的依據，防止混凝土出現溫度裂縫。

2.2.4為反映溫控效果可在少數混凝土層中埋設應變計進行溫度應力檢測，應變計沿水平方向布置，檢測水平方向應力分量。

2.2.5通水冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設冷卻水管，冷卻水管使用前進行試水，防止管道漏水和阻塞，根據混凝土內部溫度監測，控制冷卻水管進水流量及溫度。

3 構造設計上對大體積混凝土采取防裂措施

設計合理的結構形式，可以減少工程數量，減低水化熱。如可根據懸索橋錨碇受力特點，設計挖空非關鍵受力部分混凝土體積，利用土方壓重方案，來減少混凝土結構體積。

充分利用混凝土在基坑有側限條件，在混凝土中摻加微膨脹劑，使其在基坑約束下形成一定的預壓力，補償混凝土內部溫度、收縮產生的拉應力，從而有效的避免混凝土裂縫的產生。

大體積混凝土體積龐大，施工周期一般較長，依據結構受力情況可合理地確定混凝土評定驗收齡期，打破正常標準28d的評定驗收齡期，改為60d或更多天，評定驗收齡期充分考慮混凝土的后期強度，從而減低設計標號，達到減少混凝土水泥用量減低水化熱的目的。

由于邊界存在約束才會產生溫度應力，采用改善邊界約束的構造設計，如遇有約束強的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時，可在接觸面上設滑動層來減少溫度應力。在外約束的接觸面上全部設滑動層，則可大大減弱外約束。

還應重視合理配筋對混凝土結構抗裂的有益作用，可采取增配構造鋼筋。配筋應盡可能采用小直徑、小間距，全截面含筋率控制在0.3%-0.5%之間。在混凝土表面增設金屬擴張網等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。

參考文獻：

[1]葉延勇.橋梁大體積混凝土施工技術探討[J].交通標準化，2012.12.

[2]王軍.橋梁工程大體積混凝土裂縫形成原因及防治[J].山西建筑，2011.18.