大體積混凝土施工裂縫控制方法探析

任 玉 鵬

(銀西鐵路銀川至吳忠客專工程建設指揮部，寧夏 銀川 750403)

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大體積混凝土施工裂縫控制方法探析

任 玉 鵬

(銀西鐵路銀川至吳忠客專工程建設指揮部，寧夏 銀川 750403)

介紹了大體積混凝土裂縫的類別，分析了裂縫出現的主要原因，從優化配合比、混凝土澆筑、埋設冷卻水管、后期養護等方面，闡述了銀西鐵路吳忠至銀川機場段大體積混凝土橋墩裂縫的控制方法，有效增強了混凝土結構的穩定性，降低了其安全風險，保證了整個高鐵橋梁施工的順利進行。

高鐵橋梁，大體積混凝土，施工裂縫，冷卻水管

0 引言

隨著我國城市化建設步伐的加快，城市建筑逐漸趨于大型化，大體積混凝土目前已經成為許多大型建筑物中的主要材料。高鐵的橋梁工程在城市交通運輸中起到樞紐作用，大體積混凝土的應用在橋梁結構中已經越來越普遍，但大體積混凝土的裂縫問題，目前仍無法得到有效解決。

本文簡單介紹了大體積混凝土裂縫的類別，分析了大體積混凝土裂縫出現的原因，并針對裂縫的控制方法進行了深入探究，提出了幾條相應的控制方法，并對本文提出的裂縫控制方法進行了驗證。

1 裂縫類別

大體積混凝土的裂縫主要有三種，分別為通透裂縫、淺層裂縫以及深層裂縫，一般裂縫開始于大體積混凝土的表面，形成淺層裂縫，在溫度、環境等因素作用下，逐漸發展成為深層裂縫。深層開裂若無法得到有效的控制將最終發展成為通透裂縫。通透裂縫會對高鐵工程的安全帶來嚴重的威脅。

2 大體積混凝土裂縫的主要成因

1)水泥水化熱。水泥水化熱是造成混凝土裂縫的主要因素，大體積混凝土本身具有較大的面積和厚度，水泥在水化的過程中將產生大量的熱量，而這些內部熱量不易排出，從而混凝土表面與內部存在很大的溫差。該溫差使混凝土變形繼而導致混凝土產生裂縫。施工的進度和質量在很大程度上都受裂縫深度和寬度的影響。

2)環境溫度變化。高速鐵路的建設在施工大體積混凝土會不可避免的受到來自環境以及溫度的影響，由于施工過程中內部溫度較高，若施工處于嚴寒地帶或外界溫度驟降，混凝土表面與內部極易形成溫差，產生裂縫。

3)混凝土收縮。由于水泥在水化過程中水分的蒸發，且蒸發量的多少直接影響到大體積混凝土的穩定性，若在攪拌過程中蒸發量過多，超出混凝土的配合比例，混凝土會因收縮產生縫隙。

4)地基沉降。高鐵橋梁在選址時，若對地質勘察不足，施工時可能會出現沉降，使得結構附加拉應力超過混凝土抗拉強度，產生裂縫。

3 銀西鐵路大體積混凝土橋墩的裂縫控制方法

在材料的配合比方面，大體積混凝土比普通混凝土要求更高，選擇骨料時，要選擇耐久、無裂縫且致密堅硬的石子，為改善混凝土的抗裂性能，首先應該選用含堿量偏低以及低水化熱的水泥。早強水泥、C3A含量高的水泥以及磨細水泥等應盡可能避免被使用；其次組分均勻以及各項性能指標都穩定的礦物摻合料應優先選擇；最后需水量比、細度和燒失量等關鍵指標也是需要注意的一個方面。針對銀西鐵路，大體積混凝土裂縫控制方法主要如下。

3.1 配合比優化

1)采用新型膠材體系。提高混凝土體積穩定性和抗裂性的一條很重要的措施就是在滿足混凝土工作性能和強度這一前提下，最大限度減小膠凝材料用量以及漿體率。而在膠凝材料總量確定的情況下實現混凝土的高性能化，就要盡量減少水泥的用量并且使用大量礦物摻合料。

2)水膠比的適宜選擇。混凝土耐久性的控制以拌合水最大用量為指標比，通過控制最大水膠比要更為有利，因為對水膠比的控制對混凝土中因為漿體過多引起的收縮以及水化熱等負面影響起不到解決的作用。針對混凝土的防裂性能，要通過降低膠凝材料的用量和增加集料所占的比例來實現。

3)礦物摻合料與緩凝型高效減水劑的采用。針對混凝土內部由于水化熱產生升溫這一問題，可以通過添加礦物摻合料來緩解，因為礦物摻合料可以改善混凝土拌合物的施工性能，提高漿體與界面的致密性。此外礦物摻合料的添加還有利于還改善膠凝材料的組分，對抵抗環境中化學介質腐蝕的能力也有一定的提高。對于抑制水泥水化、緩解水化溫峰的出現及降低溫峰值，可以通過緩凝型高效減水劑中的緩凝組分來實現。通過使用礦物摻合料與高效減水劑進行雙滲，可有效的減少水泥與水的用量，還可以起到密實混凝土內部結構的作用，對改善混凝土強度以及耐久性都是有益的。

3.2 混凝土的澆筑

承臺混凝土準備工作完成后，因為承臺面積較大，混凝土的澆筑需要盡可能避開陰雨天氣，承臺混凝土澆筑注意以下幾方面：

1)從四角向中間對稱澆筑，兩臺汽車泵均勻排開同時澆筑混凝土，混凝土泵管至澆筑混凝土表面的高度在2 m以內。

2)在混凝土開始澆筑前，為保證混凝土在輸送管內順暢運行，先行泵送1 m3水泥砂漿進行潤管。

3)承臺混凝土分層澆筑，分層厚度30 cm。混凝土澆筑應連續進行，特殊情況下其間歇時間要小于前一層混凝土的初凝時間，且在澆筑上層混凝土時，要求振動棒插入下層混凝土50 mm～100 mm。

4)采用插入式振動器進行振搗，振動棒的振動深度不超過棒長的2/3～3/4 ，振搗時要“快插慢拔”，不斷上下移動振動棒，以便搗實均勻，對每一個振搗部位，一般振搗時間為20 s～30 s，要求振搗到該部位混凝土停止下沉、不出現氣泡、表面呈現浮漿為止。

3.3 埋設冷卻水管

通過埋設冷卻水管，通過冷卻水降低混凝土的溫峰值是大體積混凝土施工中常見的有效的溫控措施。朱伯芳[4]認為：通水冷卻的效果受水管排列方式、管徑、管間距、管長、水溫、流量等因素的影響。其中控制水管間距是控制冷卻效果最有效的手段，冷卻水管的水平間距每減小一倍，冷卻時間可以縮短約55%，隨著冷卻水管間距的增大，冷卻效果會逐漸降低，對0.5 m之外的混凝土削峰效果不明顯。此外，冷卻水管的直徑每增大一倍，冷卻速度可提高約19.7%。冷卻水管長度的增加會使冷卻效果有所降低，基本上水管長度增加一倍對冷卻效果的影響與冷卻水流量減小一倍是相同的。

基于以上研究成果和工程經驗，確定冷卻水管規格為φ48 mm×2.5 mm，冷卻水管間距為60 cm，可更大程度地提升降溫效率，起到降溫削峰的作用。單套水管長度為150 m～200 m。冷卻水管的制作要采用具有一定強度而且導熱性能好的鐵皮管制作，尺寸使用φ48 mm×2.5 mm，彎管部分則可以采用冷彎工藝預處理(或采用PVC管)，管與管之間以全焊緊密連接。水管懸空部分需焊接豎筋對其進行固定，具體布置如圖1所示。

承臺布設4層冷卻水管，其水平間距為100 cm，豎向間距為60 cm～70 cm，水管外側距混凝土表面、側面為60 cm～80 cm；每層共3套水管，每套水管設置一個進出水口，管長小于200 m。

采用河水做冷卻水，并至少留有一臺備用泵，在承臺合適位置設置水箱，冷卻水循環使用，要用分水器將各層各套水管集中分出。冷卻水流量的控制可以通過在分水器中設置相應數量的獨立水閥以及流量計來實現。后期通水速率可以通過設置一定數量的減壓閥來實現。

3.4 混凝土的澆筑及后期養護

承臺鋼筋、模板安裝完成后，利用鋼管腳手架搭設的支架作為暖棚，采用棚布對暖棚進行封閉。在承臺四周均勻布置4個火爐，當棚內溫度及鋼筋模板溫度達到2 ℃以上時進行混凝土澆筑。

養護時，在承臺四周均勻布置6個火爐，通過無煙煤爐用水壺燒水，利用水壺燒水產生的水蒸氣進行保濕，以保證篷布內的環境溫度在5 ℃以上。

拆模時，若條件許可，應適當延長帶模養護時間。根據實測溫度數據，在混凝土溫差控制指標達到相應條件時，方可隔天、分層將保溫層逐步揭開撤除，最后拆除模板。拆模后及早進行回填并澆筑圈梁。

4 結語

在高鐵橋梁施工中，大體積混凝土的裂縫嚴重影響整個工程的順利進行，本文首先介紹了大體積混凝土裂縫的類別，其次針對裂縫出現原因進行了詳細探究。并針對新建的銀西鐵路吳忠至銀川機場段大體積混凝土，通過控制相應的施工材料以及施工工藝，有效預防了裂縫的發生，同時避免了裂縫對整個工程帶來的影響，從而保證整個工程的順利進行，為高鐵橋梁質量提供了可靠保障。

[1] 毛軍杰.淺析混凝土橋梁裂縫的形成原因[A].建筑科技與管理學術交流會論文集[C].2014.

[2] 陸秋楸.橋梁施工中混凝土裂縫分析及控制處理[A].建筑科技與管理學術交流會論文集[C].2014.

[3] 朱艷男.高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].價值工程，2014(28):133-134.

[4] 朱伯芳.在大體積混凝土溫度應力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1999.

Analysis on mass concrete construction cracks controlling methods

Ren Yupeng

(Yin-XiRailwayYinchuan-WuzhongPassengerSpecialRailwayEngineeringConstructionHeadquarter,Yinchuan750403,China)

The paper introduces mass concrete crack types, and analyzes major cracking causes. Starting from aspects of optimizing mixing proportion, concrete casting, embedding cooling-water pipe and post maintenance, it illustrates mass concrete cracks controlling methods at Wuzhong-Yinchuan airport section of Yin-Xi railway, which enhances the concrete structure stability, reduces its safety risks and guarantees smooth express-railway bridge construction as well.

express-railway bridge, mass concrete, construction cracks, cooling-water pipe

1009-6825(2017)07-0080-02

2016-12-24

任玉鵬(1974- )，男，工程師

TU755.7

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