橋梁工程大體積混凝土裂縫的控制

袁松

【摘要】在橋梁工程施工中經常會遇到大體積混凝土澆筑的質量控制問題，本文重點分析了大體積混凝土澆筑的質量控制要點，提出了降低混凝土澆筑溫度、優化配比、優化構造設計、加強后期養護等防止混凝土產生裂縫的施工控制措施。

【關鍵詞】橋梁工程；混凝土裂縫；產生的原因；控制的措施

前言：

隨著我國基礎設施建設不斷加快，橋梁工程的施工變的越來越普遍，橋梁工程施工中重要的質量控制環節大體積混凝土的施工裂縫更是顯得尤為重要。特別是一些大型橋梁中基礎和承臺中采用了大尺寸的設計，其施工條件復雜、混凝土澆筑量大、技術要求高，同時水泥較大的水化熱易產生收縮和溫度變形等橋梁施工中的質量控制難題，進而給工程的安全性、耐久性帶來不同程度的影響。本文從多個方面分析了混凝土裂縫問題的成因，提出了相關的解決措施。

一、大體積混凝土裂縫產生的原因：

1、荷載引起的裂縫：荷載裂縫主要有直接和次應力裂縫2種，產生的原因主要有：

1）在結構計算過程中，所使用的模型不合理，結構的實際受力的情況與計算不符合，荷載經常少算或者漏算；也有可能鋼筋配筋與內力計算錯誤，或者結構設計時考慮的安全系數不夠，沒有充分考慮現場實際施工的可操作性；另外在配筋設計時，鋼筋用量偏少或者鋼筋設計錯誤，剛度強度不夠也會經常發生。

2）施工期間引起的堆載荷載引起的裂縫，施工過程中不注意施工工器具堆放的位置及重量，造成局部受壓過大；預制構件在未到達設計強度時，隨意的起吊、翻轉、轉移運輸；在混凝土澆筑過程中隨意更改澆筑順序、改變結構受力方式；在施工過程不能準確進行強度、穩定性、剛度的驗算等。

3）在結構投入使用后，超設計的重載車輛通過、車輛之間發生的撞擊、自然因素發生的雨雪、大風、冰雹等極端天氣。

2、溫度變化引起的裂縫：

混凝土本身具有熱脹冷縮的特性，特別是在施工階段受外部溫度影響比較大。當外部氣溫下降時，特別是降幅比較大時，會極大的增加內外混凝土的溫度梯度，從而產生相應的溫度應力，使混凝土產生裂縫。另外混凝土內外溫度發生較大的變化時，混凝土特別容易發生變形，同時變形在受到外部約束力時，會產生結構應力，結構應力超過混凝土本身的強度時就會產生混凝土裂縫。

3、受冰凍引起的變形裂縫：

當外部氣溫低于零度時，吸水飽和狀態下的混凝土就會受凍，自然狀態下的水就會結成冰，從而造成混凝土本身體積的極度膨脹，在混凝土內部產生膨脹應力，同時冰水在微觀結構中的重新分布，使得膨脹應力進一步加大，從而導致混凝土裂縫的產生。

4、混凝土收縮變形引起的裂縫：

已澆筑的混凝土中的自身的水分絕大部分要在自然狀態下蒸發掉，混凝土硬化過程中僅需要很少的水分。開始蒸發的水一般不會引起收縮，但是在隨著混凝土的持續干燥，水分在蒸發過程中其中的吸附水將逐步流失，從而就會有收縮裂縫的產生。另外混凝土表面的干縮在受到中心部位混凝土的約束時，就會在混凝土的表面產生拉應力，進而導致裂縫產生。一般在混凝土硬化過程的初期主要自由水凝固過程中水的體積發生較大的變化，導致了剛開始的的收縮裂縫的產生，后期因為混凝土的水分在持續蒸發干燥，并導致了整個混凝土體積的干縮變形，從而導致了后期的收縮裂縫。

5、鋼筋銹蝕碳化導致的裂縫：

由于混凝土本身的厚度不夠或者澆筑質量較差，混凝土容易碳化進而影響到鋼筋的表面碳化，鋼筋強度的降低造成裂縫的產生；或者由于外部氯化物的介入，造成鋼筋表面癢化膜的破壞，使得鋼筋的鐵離子與空氣的水和氧發生化學銹蝕，從而產生銹蝕物，造成混凝土體積的膨脹，從而導致混凝土的剝落、開裂，產生裂縫。

6、支架、支撐變形下沉會引起的裂縫：

.澆筑混凝土的各類支撐、支架的變形下沉會導致混凝土結構裂縫的產生，同時不按規定要求提前拆除模板或者支架，就會容易造成混凝土在未達到設計強度的情況下，導致混凝土受力的不均勻，從而引起混凝土裂縫的發生。

二、大體積混凝土質量控制的主要措施

1.進一步優化混凝土配合比

1）混凝土原材料的選用：大體積混凝土中因其本身較多水泥產生了大量的水化熱，較高水化熱特別容易使混凝土內部和表面形成較大的溫度差，會產生溫差應力，因此大體積混凝土在選擇水泥時應優先選用低水化熱的水泥類型，比如：低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等，要澆筑過程中要充分利用混凝土的中后期強度，盡可能降低水泥用量。細集料盡可能采用中砂，可減少水泥用量。粗集料應選用5-20mm連續級配的碎石，從而減少混凝土的收縮。嚴格控制集料的級配及其含泥量。集料中的含泥量過大的話，會進一步增加混凝土本身的收縮變形，同時也會帶起混凝土本身抗拉強度的降低，不利于混凝土抗裂。在使用摻和料時，宜使用粉煤灰，不僅能夠減少水泥用量，降低水化熱，更能夠大幅度提高混凝土后期的強度。

2）選用合適的外加劑。選用合適的減水、緩凝等外加劑，可以進一步改善混凝土的性能。在混凝土中加入適量的緩凝劑后，可以延長混凝土的凝結時間，減少裂縫的產生。另外在混凝土中使用膨脹劑能夠在其內部產生一定強度的膨脹應力與混凝土的收縮應力可以抵消一部分，在收縮應力減少的同時，裂縫就會相應的減少。

2.施工期間澆筑與振搗措施

1）應采用延緩溫差及降溫梯度的有效措施，在澆筑之前充分考慮認真計算混凝土分層、分塊的澆筑順序。分層分塊澆筑混凝土的好處在于可以充分利用混凝土澆筑面，逐步進行散熱，在降低水化熱的情況下，減少裂縫的產生。嚴格控制入模溫度振搗時間，確保振搗嚴實。常采用以下澆筑方法①分段澆筑法：在大體積混凝土澆筑過程中，最好能夠先從底面開始澆筑，澆至一段后再澆筑第二層混凝土，然后再繼續澆筑其他各層各面的混凝土。分段澆筑法經常使用在一定時間內使用的混凝土較少的，混凝土本身長度或面積比較大且厚度不大的工程。②全面分層澆筑法：在第一層澆筑完成后，再澆筑第二層混凝土，循環逐層連續澆筑，分層澆筑的厚度一般宜控制在1.5-2.0m左右。③斜面分層澆筑法：對混凝土斜面通常要求坡度不能高于三分之一，這種方法適用于結構長厚比超過3倍的情形。

2）加強混凝土溫度的監測：在混凝土內外部設置溫度監測點，進行現場監測，監測數據有儀器自動采集并進行實時分析，各監測點的溫差數值，作為調整控溫措施的重要依據，從而防止混凝土出現溫度裂縫。

3）加強應力監測：在混凝土中埋設應變計，進行動態監測，重點監測應力水平方向的布置，并根據監測情況，做好相關控制應變的措施。

4）加強混凝土養護管理：大體積混凝土養護的關鍵在于適當的溫度和濕度，同時能夠嚴格控制好大體積混凝土內外溫差在合理范圍內，通常所采用的措施有①混凝土進行拆模作業時，混凝土的內外溫差在20℃以內；②在混凝土內部預埋冷凝管，根據混凝土內外溫度的檢測，通過冷凝管進行有效溫度控制，控制過程要嚴格控制進水流量及溫度。③采用有效的保溫措施。在混凝土表面和模板外側覆蓋有效的保溫材料（如鋸木、草袋等），在混凝土逐步的散熱的過程中，嚴格控制內外溫差。④有效的濕養時間。摻加硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥的大體積混凝土養護時間不應少于14天，摻加礦渣硅酸鹽大壩水泥、低熱微膨脹水泥、礦渣硅酸鹽水泥的大體積混凝土養護時間不應少于21天，同時在高溫期濕潤養護時間均不得少于28天。

3、從構造設計對混凝土采取防裂措施

1）大體積混凝土體積較大，施工周期通常比較長，要依據現場的實際情況科學合理的確定混凝土的驗收齡期，不拘于正常的28天評定齡期，可以調整為60天或者更長時間，評定時要充分考慮混凝土的后期強度，進而減少設計的標號，達到減少水泥用量降低水化熱

2）合理的結構設計形式。大體積混凝土在設計階段采取合理的結構設計形式可以大大減少水泥用量，從而有效減低水化熱的產生。在設計初期可以采用改善邊界約束的構造設計方法，在遇到較強約束的混凝土墊層等，可以在混凝土接觸面上設置一層滑動層來減少溫度應力。在外側約束面全部設置滑動層，可減輕外約束力，減少裂縫。

3）可以充分利用混凝土基坑有外部側限的條件，添加微膨脹劑，在基坑受到約束的情況下，形成預應力，從而補償混凝土溫變及縮變產生的應力，控制混凝土裂縫的產生。

4）可以考慮增加構造鋼筋、擴張網。在設計中可以采取增加構造鋼筋的做法，配筋盡可能的使用小間距、小直徑的鋼筋，也可以在混凝土表面增加金屬擴張網等措施，從而提高混凝土抗裂性。

三、結語

大體積混凝土在施工中極易產生裂縫這是困擾橋梁施工的一個難點，但是我們通過大量的科學研究及實踐經驗表面：只要我們從合理的橋梁設計、優化的原材料選擇、施工過程的有效控制、充足后期養護等多方面入手，還是可以有效的避免橋梁工程施工中混凝土裂縫的產生。

參考文獻：

[1]城市橋梁養護技術規范（CJJ 99-2003）.中國建筑工業出版社，2003.

[2]公路工程技術標準（JTGB01 2003）.人民交通出版社，2004.