淺談鐵路橋梁大體積混凝土施工

彭光毅

（中鐵七局集團第一工程有限公司）

淺談鐵路橋梁大體積混凝土施工

彭光毅

（中鐵七局集團第一工程有限公司）

在近些年以來隨著科技的快速發展，混凝土以其高強度、低成本以及制作工藝簡單等優勢在我國的建筑行業當中得到了相對較為廣泛的應用。在這種條件之下，增加混凝土的質量就變得更加的重要。如今大體積混凝土在鐵路橋梁當中起到了顯著的作用，與此同時，它的結構也朝著多樣化的方向不斷的發展，然而在大體積混凝土施工當中常常會出現一些問題，尤其是裂縫現象，從而導致混凝土的質量降低。本文首先對鐵路橋梁工程大體積混凝土裂縫產生的原因進行了相關的論述，進而提出一些有效的解決措施。

鐵路橋梁；混凝土；施工；解決措施

引言

對于大體積混凝土的概念，不同的人對其有不同的定義，為此在當前并沒有一個較為明確的定義。其中建筑學會標準規定：結構斷面的厚度在80cm以上，并且外界氣溫與水化熱引起混凝土內部的最高溫度之差大于253的混凝土，稱之為大體積混凝土。而美國混凝土學會規定：就地澆筑的任何大體積混凝土，它的尺寸之大，要求必須能夠解決水化熱及隨之所引起的體積變形問題，然后以最大限度的減少開裂的出現。從上述兩者的有關定義我們可以看出，絕對截面尺寸的大小并不能夠決定的大體積混凝土，而是由水化熱所引起的溫度收縮應力所決定的，但是所產生水熱化的大小又與其截面尺寸的大小息息相關。

由于對于大體積混凝土的定義并不能夠統一，以截面尺寸對其進行簡單的判斷也不完全正確。但是在對大體積混凝土進行施工的過程當中，由于水化熱所導致的外界氣溫與混凝土內部的最高溫度之差，就會導致混凝土的變形以及開裂，這也就是混凝土進行施工時所存在的首要問題之一。

1　鐵路橋梁大體積混凝土產生裂縫的相關原因

1.1外界氣溫濕度的變化

在混凝土結構工程施工以及驗收規范當中要求進行澆筑的溫度不應該大于28℃。但是這一相關的規定并沒有考慮到不同地區的溫度以及濕度的差異。由此可知，在高溫季節進行大體積混凝土的施工，外界的氣溫相應的變化對其所導致的裂縫會產生較大的影響，在高溫季節進行施工時，應該盡可能的選取溫度較低的時間段進行大體積混凝土的澆筑。混凝土內部的溫度是由結構的散熱溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和澆筑溫度等多種溫度進行疊加之和所組成的。外界氣溫對于澆筑的溫度有著直接的影響，外界的溫度越高，混凝土的澆筑溫度也會隨之增加。外界溫度如果降低就會使得大體積混凝土的內外溫度差增加。外界溫度如果下降的相對較快，就會導致溫度應力較大，這個時候很容易的引發混凝土的開裂。

1.2混凝土的收縮

混凝土的收縮現象指的是在空氣當中混凝土硬結時體積變小的一種現象。在不受外力的情況下大體積混凝土的這種自發變形受到外部約束時，就會在混凝土的內部產生拉應力，就會導致混凝土產生開裂。混凝土的裂縫產生的主要原因主要有溫度收縮、干燥收縮和塑性收縮等三種。在硬化初期是由于在水化凝固結硬過程中水泥石產生的體積變化，后期是由于大體積混凝土內部的自由水分蒸發所導致的干縮變形。在較長時期以來，大體積混凝土的收縮引起了人們的廣泛關注，但是隨著混凝土與水泥的結構工程技術以及生產的不斷發展，自身收縮以及溫度收縮都逐步的成為導致開裂的收縮現象。除此之外，由于早期混凝土強度發展較為快，徐變以及彈性模量等有關的參數也會隨之而發生變化，這就會導致開裂的更加得明顯。

1.3水泥水化熱

鐵路橋梁多線及雙線橋橋梁高墩、墩身大尺寸樁基礎承臺以及擴大基礎等相對大體積混凝土的結構一般都要求進行一次性的整體澆筑，而不再進行二次補充。在混凝土進行澆筑以后，在其逐步的硬化過程中，水泥水化就會隨之而產生一些相對較大量的水化熱。對于大體積混凝土而言，這種現象就會更加的嚴重。大體積混凝土由于其體積相對較大，水泥水化熱就會聚集在內部而不易進行散發，這就會導致混凝土內部溫度得以顯著升高，可是混凝土的表面散熱相對較快，這樣一來就會形成較大的溫度差，導致外部與內部熱脹冷縮的程度存在差異，從而使大體積混凝土的內部產生壓應力。當所產生的拉應力大于混凝土的極限抗拉強度時，就會在混凝土表面出現裂縫現象。其中不同齡期水化熱溫升與澆筑厚度的關系如表1所示。

2　鐵路橋梁大體積混凝土裂縫的有效控制

鐵路橋梁大體積混凝土裂縫的產生主要是施工和設計兩方面的原因，因此主要從以下幾個方面來進行有效的控制：

2.1鐵路橋梁大體積混凝土的優化設計

表1　不同齡期水化熱溫升與澆筑厚度的關系

（1）對于大體積混凝土當中鋼筋保護層的厚度盡可能的取其最小值，主要是由于保護層的厚度愈大，裂縫愈容易發生。

（2）在進行設計的過程當中，優先考慮利用一些中低強度的水泥，這樣能夠對混凝土的后期強度進行充分的利用。

（3）為了避免結構突變產生的應力相對的較為集中，在容易產生應力集中的相關薄弱環節應該采取一些加強保護措施。如在轉角處以及孔洞的周圍等布置一些斜筋，這樣就能夠讓鋼筋代替混凝土所承擔的一些拉應力，從而使得混凝土的極限拉伸能力得以提高，這樣就能夠對裂縫的發展進行有效的控制。

（4）在結構設計的過程當中，對施工時的氣候特征要進行充分的考慮，合理設置以后在進行澆縫，一般保留時間要大于60d。

（5）配筋應采用小間距、小直徑，從而混凝土的抗裂性能提高。

2.2摻加外加劑和外加料

要顯著的降低鐵路橋梁大體積混凝土的水泥水化熱所導致的內部溫升，避免出現結構溫度裂縫，其中把粉煤灰作為混凝土的摻合料是一種最有效的方法。粉煤灰的細度只要與水泥顆粒相近，并且燒失量小、需水量比小、含堿量和硫量低，都可以作為摻合料在大體積混凝土中使用，其中摻量通常都在15％，通過粉煤灰的加入，可以使得最終的收縮值降低以及抗滲能力提高，改善混凝土的工作度。

2.3合理選擇水泥用量及品種

相關的理論研究表明，水泥水化過程中釋放出大量的熱量是導致大體積混凝土產生裂縫的一個主要原因。由此可知，在進行鐵路橋梁大體積混凝土施工過程當中，應該選擇一些中熱或者低熱的水泥品種。然而水泥所釋放溫度的速度及大小與其內礦物成分有著直接的關系。水泥礦物之中，發熱量最大以及發熱速率最快的便是鋁酸三鈣，其它的物質還有鐵鋁酸四鈣、硅酸二鈣和硅酸三鈣。除此之外，水泥的顆粒也與發熱速度息息相關，其越細發熱速率越快，但是它不會影響發熱的總量。在進行大體積混凝土施工當中應該盡可能的使用火山灰水泥和礦渣硅酸鹽水泥，并且對其配合比進行合理的設計。在大體積混凝土具有良好性能的條件之下，盡量的降低其用水量，采用“高粉煤灰摻量、摻和高性能引氣劑和高效減水劑、低水膠比和低砂率以及低坍落度”的設計準則，生產出高抗拉值、高韌性、高強、低熱的抗裂混凝土。

3　結束語

綜上所述，在鐵路橋梁進行大體積混凝土施工的過程當中，收縮裂縫的相關問題比較常見。在混凝土成型以后，當中的水分就會開始蒸發，混凝土就會由表到內逐步的開始干燥，大體積混凝土內部就會產生相應的應力，當對它的養護不合理時，水分的蒸發就會相對較快，從而導致收縮裂縫現象的產生。根據鐵路橋梁大體積混凝土裂縫產生的相關原因，在進行施工的過程當中，應該控制所使用材料的配合比，并且在大體積混凝土凝結以后，采用相應的蓄水法對其溫度進行有效的控制，除此之外，還應該控制混凝土內部和表面的溫度差異，確保混凝土有足夠的抗裂強度，從而能夠有效的避免裂縫的產生。

[1]劉振.橋梁大體積混凝土施工質量控制[J].科技創新與應用，2012（1）：118.

[2]趙喜紅.橋梁工程承臺大體積混凝土施工質量控制[J].山西建筑，2012（27）：192～193.

[3]焦振強.談大體積混凝土施工工藝和質量控制措施[J].山西建筑，2013（34）：220～221.

[4]楊文淵.實用土木工程手冊[M].北京：人民交通出版社，1999.

U445.57

A

1673-0038（2015）04-0142-02

2015-1-5

彭光毅（1989-），男，助理工程師，畢業于周口職業技術學院，園林工程專業，任項目技術主管。