市政橋梁中大體積混凝土裂縫的原因與防治

王宏偉 許廣 張宏超

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，城市橋梁越來(lái)越多，其基礎(chǔ)多采用箱型基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)，導(dǎo)致大體積混凝土的應(yīng)用更加廣泛。基礎(chǔ)雖然受外界溫度變化影響較小，但抗?jié)B性要求較高。因此，控制大體積混凝土的裂縫，提高混凝土的抗?jié)B、抗侵蝕和耐久性能，是大體積混凝土施工的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文將從市政橋梁大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因及大體積混凝土裂縫的有效控制對(duì)策等方面進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】大體積；混凝土；裂縫控制技術(shù)

一、 前言

目前，隨著市政橋梁大體積混凝土工程的不斷壯大，施工裂縫控制技術(shù)的問(wèn)題得到了人們的廣泛關(guān)注。雖然我國(guó)在此技術(shù)上有所完善，但是仍然存在一些問(wèn)題和不足需要改進(jìn)。在建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)的新時(shí)期，進(jìn)一步加強(qiáng)大體積混凝土施工裂縫控制技術(shù)的研究，保證施工的質(zhì)量安全是橋梁工程設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

二、市政橋梁大體積混凝土施工裂縫產(chǎn)生的原因

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的。各類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素有以下幾種：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，由外荷載引起的。二是材料型裂縫，主要由溫度應(yīng)力和混凝土的收縮引起的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過(guò)快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面千縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對(duì)濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05～0.2mm，大體積混凝土中平面部位多見(jiàn)，較薄的梁板中多沿其短向分布。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。

四、市政橋梁大體積混凝土裂縫的有效控制對(duì)策

1、對(duì)大體積混凝土采用的原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制

大體積混凝土采用的原材料主要有水泥、外加劑以及外摻料等。（1）水泥：嚴(yán)格規(guī)范水泥的質(zhì)量便需要提供水化熱偏低的水泥，在單方面混凝土當(dāng)中需要控制水泥的用量，切不可盲目使用。有效數(shù)據(jù)顯示：混凝土中水泥用量隨之減少，混凝土內(nèi)部溫度也可隨之下降，其規(guī)范是每減少一立方米水泥用量便可降低一攝氏度內(nèi)部溫度。總體水化放熱量便是通過(guò)減少水泥的用量而降低的，總體水化放熱量得到降低便能進(jìn)一步降低大體積混凝土內(nèi)外溫差。（2）外加劑：外加劑主要是使用高效緩凝減水劑。高效緩凝減水劑可以降低水泥用量，并在一定程度上降低大體積混凝土的水化熱，還可以延長(zhǎng)大體積混凝土的凝固時(shí)間，降低產(chǎn)生裂縫的發(fā)生率。（3）外摻料：外摻料主要是摻用粉煤灰。想要降低大體積混凝土的水化熱，可以用摻用粉煤灰代替部分的水泥用量；想要提升大體積混凝土的抗?jié)B性能，也可以使用摻用粉煤灰，因?yàn)閾接梅勖夯揖哂谢钚孕?yīng)。由此可見(jiàn)，摻用粉煤灰對(duì)大體積混凝土有著尤為明顯的輔助作用。大致上，摻用粉煤灰能夠改變混凝土的和易性，并讓混凝土的質(zhì)量長(zhǎng)時(shí)間保持均衡狀態(tài)。

2、對(duì)大體積混凝土在施工階段進(jìn)行質(zhì)量控制

對(duì)大體積混凝土在施工階段進(jìn)行質(zhì)量控制需要從以下方面做好：其一，在施工前制定規(guī)范有效的計(jì)劃，以此讓混凝土的供給得到保障。在此環(huán)節(jié)中施工人員和攪拌人員應(yīng)該做好配合工作，讓混凝土供應(yīng)量得到保障，進(jìn)而保證順利地進(jìn)行施工環(huán)節(jié)。其二，在施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)節(jié)中，應(yīng)該規(guī)范合理地安排與調(diào)度混凝土泵車，充分安排系統(tǒng)化的施工程序，便于一次性完成混凝土結(jié)構(gòu)的澆筑成型。其三，在混凝土澆筑中需要充分重視井然有序的澆筑工藝，做到分區(qū)定點(diǎn)、一個(gè)坡度、循序漸進(jìn)以及一次性到位。

3、大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)分析

大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)是橋梁工程施工環(huán)節(jié)當(dāng)中非常重要的一項(xiàng)工作。養(yǎng)護(hù)主要是保持大體積混凝土的溫度與濕度。通過(guò)保持大體積混凝土的溫度與濕度才能對(duì)混凝土的內(nèi)表溫差進(jìn)行規(guī)范有效的控制。鑒于此，做好大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作主要需要做好以下五點(diǎn)：（1）混凝土的中心溫度和表層溫度的差值不能大于20℃，如若混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂能力足夠好，溫度則應(yīng)該保持在20℃～24℃之間。（2）混凝土在拆模過(guò)程中，中心溫度和表層溫暖之間以及內(nèi)部溫度與外界氣溫之間的溫差應(yīng)該在20℃以下。（3）混凝土的內(nèi)外溫差普遍是采用內(nèi)部降溫法來(lái)降低的。內(nèi)部降溫法主要是在混凝土內(nèi)部預(yù)先放入水管，在水冷卻的條件下降低混凝土內(nèi)部的最高溫度。澆筑剛完成時(shí)便可進(jìn)行冷卻。另外，降低混凝土的內(nèi)外溫差還可以用投毛石法，此種方法也能夠有效地控制混凝土發(fā)生裂縫。（4）對(duì)混凝土表面采用保溫法，主要保溫材料有濕砂、草袋等。通過(guò)對(duì)混凝土表面進(jìn)行保溫，可以達(dá)到緩慢散熱的效果，從而增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度，讓混凝土的內(nèi)外溫差得到有效的控制。

五、實(shí)例分析

1、工程概況

某市政橋梁工程，主橋?yàn)椋?30+230+130）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，單箱單室，下部結(jié)構(gòu)為l6根24m長(zhǎng)Φ230cm的群樁基礎(chǔ)，上接大體積分離式承臺(tái)。單幅承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為l8.7m×10.2m×5m，單幅承臺(tái)混凝土方量為953.7m3，一次澆注完成。

2、承臺(tái)混凝土溫度應(yīng)力簡(jiǎn)要分析

大體積混凝土在硬化期間，水泥水化后釋放大量的熱量，使混凝土中心區(qū)域溫度升高，而混凝土表面和邊界由于受氣溫影響溫度較低，從而在斷面上形成較大的溫差，使混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱為內(nèi)部約束應(yīng)力）。

當(dāng)混凝土的水化熱發(fā)展到3～7d達(dá)到溫度最高點(diǎn)，由于散熱逐漸產(chǎn)生降溫產(chǎn)生收縮，且由于水分的散失，使收縮加劇，這種收縮在受到基巖等約束后產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱為外部約束應(yīng)力）。

由于所研究的承臺(tái)支撐在l6根小直徑的群樁上，樁的橫向剛度不大，所以承臺(tái)受到的外約束并不大，所以只需考慮內(nèi)部約束應(yīng)力。

綜上所述，在承臺(tái)大體積混凝土施工前，必須進(jìn)行混凝土的溫度變化，應(yīng)力變化的估算，以確定養(yǎng)護(hù)措施、分層厚度、澆筑溫度等施工措施，并以此來(lái)指導(dǎo)施工。

3、裂縫控制的施工技術(shù)措施

（1）采用雙摻技術(shù)。摻入粉煤灰和NNO-II型緩凝減水劑，粉煤灰摻入采用超量代換法，減水劑的緩凝時(shí)間l5h（通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果表明），延緩混凝土的初凝時(shí)間，延緩混凝土水化熱峰值的出現(xiàn)。

（2）通過(guò)技術(shù)性能比較，石灰?guī)r碎石的線膨脹系數(shù)較小，彈模低，極限拉伸值大，據(jù)相關(guān)資料表明，在相同溫差下，溫度應(yīng)力可減小50%，能提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，因此，選用石灰?guī)r碎石作為粗骨料；控制骨料（砂、石）的含泥量，以減小混凝土的收縮，提高極限拉伸。

（3）嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度在30℃左右。選擇在傍晚開(kāi)始澆注承臺(tái)混凝土，對(duì)粗骨料進(jìn)行噴水和護(hù)蓋；施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施，搭設(shè)彩條布棚，避免陽(yáng)光直曬；在水箱中加入冰塊，降低拌和水的溫度；在基坑內(nèi)設(shè)一大功率的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)散熱。

（4）澆注混凝土?xí)r，采用薄層澆注，控制混凝土在澆注過(guò)程中均勻上升，避免混凝土拌和物堆積過(guò)大高差，混凝土的分層厚度控制在20～30cm。

（5）混凝土澆注后，混凝土表面用土工布覆蓋保溫，并灑水養(yǎng)生，使混凝土緩慢降溫、緩慢干燥，減少混凝土內(nèi)外溫差。

（6）混凝土澆注后，每2h量測(cè)冷卻管出口的水溫和混凝土表面溫度，若溫差大于20℃時(shí)，及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施，如加快冷卻水的流通速度等措施，以控制溫差小于20℃。

六、 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，就大體積混凝土施工裂縫控制技術(shù)而言，我們要根據(jù)實(shí)際情況，找出大體積混凝土施工裂縫的原因，正確處理好施工裂縫問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]遲陪云.大體積混凝土開(kāi)裂的起因及防裂措施[J].山西建筑，2011（5）：46-49.

[2]劉智弘.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的分析及控制措施[J].遼寧師專學(xué)報(bào)，2012（9）：87-88.