簡(jiǎn)析大體積混凝土在橋梁工程中的裂縫控制

高松 俞挺

摘 要：文章針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中使用的大體積混凝土在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的集中常見(jiàn)的裂縫病害進(jìn)行了分析，著重介紹了沉縮裂縫、結(jié)構(gòu)約束以及溫度裂縫和混凝土收縮對(duì)于裂縫出現(xiàn)的影響，同時(shí)從材料的選擇、配比以及溫度控制等方面對(duì)大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的防治提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施，以期能夠改進(jìn)橋梁工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；橋梁工程；裂縫控制

1 結(jié)構(gòu)定義

最小斷面尺寸大于一平米的混凝土結(jié)構(gòu)都為大體積混凝土，由于混凝土過(guò)大的尺寸導(dǎo)致其內(nèi)外會(huì)產(chǎn)生很多大的溫度差，因而必須采用相關(guān)的技術(shù)措施予以處理，消除由于溫度差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，以此避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度差的主要原因是由于混凝土材料中水泥在固結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生水化熱，而其內(nèi)部散熱相對(duì)比外部速度較慢，因而會(huì)在內(nèi)外結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度差，而溫度差所造成的溫度應(yīng)力是造成混凝土開(kāi)裂的主要因素。

2 各種裂縫開(kāi)裂原因分析

2.1 沉縮裂縫

在大體積混凝土應(yīng)用中沉縮裂縫是較為常見(jiàn)的病害之一，主要原因是由于施工時(shí)振搗不完全造成，由于結(jié)構(gòu)沉實(shí)度不足、骨料下沉以及浮漿過(guò)多、表面覆蓋處理不及時(shí)等原因，使得混凝土表面受到外界環(huán)境影響，散失水分不當(dāng)，從而出現(xiàn)干縮現(xiàn)象。由于早期的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，因而無(wú)法抵抗該種形變，從而出現(xiàn)裂縫。

2.2 溫度裂縫分析

2.2.1 水化熱引發(fā)

由于水泥會(huì)在固結(jié)過(guò)程中發(fā)生放熱現(xiàn)象，即水化熱，因而混凝土內(nèi)部的溫度會(huì)不斷提升，由于混凝土外表面散熱性能較好，因而其溫度會(huì)同混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定的差，由于熱脹冷縮的原理，導(dǎo)致外部膨脹低于內(nèi)部，因而會(huì)在結(jié)構(gòu)體表面形成拉應(yīng)力，而早期的混凝土結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力抗性較低，從而會(huì)出現(xiàn)裂縫。由于該種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要因素是由于散熱不均造成，因而僅僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)表面范圍的混凝土，表層以下結(jié)構(gòu)仍然完好。

2.2.2 氣溫變化引發(fā)

外界環(huán)境溫度會(huì)對(duì)施工期間的大體積混凝土產(chǎn)生巨大的影響，在施工期間，大體積混凝土的內(nèi)部溫度并非只是一種溫度，而是由多種溫度疊加而成，其主要組成包括前面提到的水泥的水化熱產(chǎn)生的絕對(duì)溫升，另外還包括澆筑溫度以及結(jié)構(gòu)散熱。澆筑溫度直接受到外界氣溫的影響，外界氣溫的高低會(huì)直接影響到其澆筑的溫度，若是外界溫度高則澆筑溫度高，外界溫度低則澆筑溫度低。但是外界溫度降低會(huì)增大內(nèi)外溫度差，若是外界溫度降低過(guò)快，同樣會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，從而造成開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3 結(jié)構(gòu)約束裂縫

當(dāng)外界對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成約束時(shí)，裂縫現(xiàn)象極易產(chǎn)生，若是大體積混凝土被約束在地基上時(shí)，加之澆筑時(shí)不采取任何措施，對(duì)結(jié)構(gòu)約束進(jìn)行取消或者放松，那么在澆筑過(guò)程中就極易發(fā)生溫度裂縫，主要由于束縛對(duì)于溫度形變?cè)斐上拗疲蚨摲N裂縫大多為貫穿性的深進(jìn)裂縫。

2.4 混凝土收縮

混凝土在硬結(jié)過(guò)程中體積會(huì)相對(duì)減少，該種現(xiàn)象被稱(chēng)作是混凝土的收縮現(xiàn)象。混凝土在不受其他因素影響的前提下，會(huì)發(fā)生自發(fā)形變，由于內(nèi)部支承和鋼筋等結(jié)構(gòu)的約束作用，混凝土中會(huì)發(fā)生應(yīng)力導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

3 裂縫控制措施

3.1 材料選擇

3.1.1 水泥的選擇。大體積混凝土中的主要原料為水泥，水泥的水化熱現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂，為了避免早期由于溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，可以選用水化熱低的水泥作為混凝土的原材料。通過(guò)選用含碳量低且細(xì)度較為粗糙的水泥降低混凝土產(chǎn)生裂縫的幾率，這是由于含碳量越高水泥的水化熱現(xiàn)象越劇烈，放熱速度越快，而細(xì)度越細(xì)，混凝土結(jié)構(gòu)的收縮就會(huì)越大。

3.1.2 骨料的選擇。要嚴(yán)格控制骨料中泥的含量，骨料成分中砂的含泥量含量應(yīng)當(dāng)不大于3%，十字應(yīng)當(dāng)不大1%。并且保證石子的級(jí)配，在大體積混凝土的施工中使用粗砂以及中砂較為適宜。

3.1.3 礦物摻和料的選擇。對(duì)水化熱程度進(jìn)行分析，粉煤灰遠(yuǎn)小于水泥，粉煤灰的水化熱七天時(shí)相當(dāng)于水泥的1/3，二十八天時(shí)相當(dāng)于水泥的1/2，因此混凝土結(jié)構(gòu)中加入適當(dāng)?shù)姆勖夯覍?duì)降低水化熱有著明顯的效果。在選擇粉煤灰是需要選擇需水性小的材料，且其能夠滿(mǎn)足二級(jí)質(zhì)量以及二級(jí)以上質(zhì)量要求。

3.1.4 外加劑的選擇。在大體積混凝土施工中經(jīng)常會(huì)加入一些外加劑用以提高結(jié)構(gòu)性能，緩凝性減水劑的加入能夠有效延緩水化熱的發(fā)生速率，將熱峰出現(xiàn)的時(shí)間推后，從而減少總熱量，降低溫度峰值，從根本上減少了溫差，因而結(jié)構(gòu)中就不會(huì)受到過(guò)大的溫度應(yīng)力影響，即能夠有效預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。而混凝土凝結(jié)時(shí)間的延緩，能夠避免在澆筑過(guò)程中形成冷接縫。

3.2 溫度控制以及施工控制

3.2.1 預(yù)測(cè)分析溫度。以現(xiàn)場(chǎng)混凝土的配比情況以及施工過(guò)程中出現(xiàn)的氣候、溫度以及養(yǎng)護(hù)實(shí)況，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)混凝土溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真模擬，并通過(guò)模擬對(duì)溫度差進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)以及分析評(píng)估，充分展示結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度隨深度的變化、分布以及隨著齡期的變化，并制定相應(yīng)的溫控標(biāo)準(zhǔn)用以降低溫度裂縫的產(chǎn)生率，同事優(yōu)化養(yǎng)護(hù)方案。

3.2.2 澆筑方案的制定。在進(jìn)行大體積混凝土澆筑作業(yè)前，對(duì)分塊、澆筑次序的分層、澆筑流向、澆筑搭接時(shí)間以及結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、厚度等進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算安排，并對(duì)混凝土材料入模溫度進(jìn)行控制，同時(shí)提高振搗強(qiáng)度。通過(guò)有效的溫差梯度以及降溫梯度的延緩措施減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。在振搗時(shí)要控制時(shí)間，保證振搗插入深度以及移動(dòng)距離，確保結(jié)構(gòu)密實(shí)度，防止過(guò)振以及漏振現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)處理大體積混凝土澆筑后表面較厚的部位，用以防止龜裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，在澆灌完成后以及拆模后，應(yīng)當(dāng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效及時(shí)的保溫措施，按照相關(guān)養(yǎng)護(hù)規(guī)定進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，有效合理的養(yǎng)護(hù)對(duì)大體積混凝土裂縫的防治工作有著重要的意義。

3.2.3 混凝土溫度監(jiān)測(cè)。在混凝土內(nèi)部及外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，并且設(shè)置保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析，每一測(cè)點(diǎn)的溫度值及各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值，作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù)，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

3.2.4 溫度應(yīng)力檢測(cè)。為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè)，應(yīng)變計(jì)沿水平方向布置，檢測(cè)水平向應(yīng)力分量。

3.2.5 通水冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設(shè)冷卻水管，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)，控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。

4 防裂措施展望

4.1 采用不同型號(hào)的混凝土

大體積混凝土上層采用早強(qiáng)水泥下層采用普通水泥，這樣，在內(nèi)部混凝土水化熱未釋放之前達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度，從而防止混凝土開(kāi)裂。

4.2 吸收溫度的儀器

研究一種能吸收水化熱的儀器，當(dāng)水化熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量時(shí)，它便開(kāi)始有反應(yīng)，就像人需要氧氣一樣。如冰箱的制冷裝置、冰棒。同時(shí)，還不影響結(jié)構(gòu)受力。

5 結(jié)束語(yǔ)

裂縫是大體積混凝土在工程應(yīng)用中較為常見(jiàn)的病害，而裂縫的控制技術(shù)較為復(fù)雜，必須對(duì)原料、配比、設(shè)計(jì)以及施工和養(yǎng)護(hù)等多方面內(nèi)容嚴(yán)格控制，從而才能有效減少裂縫的產(chǎn)生。但是目前裂縫的控制還并不完善，大體積混凝土的裂縫控制工作的發(fā)展仍舊需要廣大業(yè)內(nèi)同仁共同努力。

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