橋梁大體積混凝土裂縫原因及控制措施分析

毛壽紅

摘 要

結合工程實例，對橋梁大體積混凝土裂縫出現(xiàn)原因進行總結，包括水泥水化熱的影響、荷載作用產生的裂縫、其他因素的影響等，提出了減少大體積混凝土裂縫產生的措施，需要加強材料質量控制、提高施工現(xiàn)場溫度測控力度及大體積混凝土澆筑時間控制，更好地確保橋梁基礎大體積混凝土的施工質量，提升工程的經濟效益和社會效益，促進我國橋梁工程可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞

橋梁大體積混凝土;裂縫原因;控制措施

中圖分類號： TU755.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 59

Abstract

Combined with engineering examples， the causes of large-scale concrete cracks in bridges are summarized， including the effects of heat of cement hydration， cracks caused by load， and other factors. The measures to reduce large-scale concrete cracks need to be strengthened. Material quality control， increase the temperature measurement and control of the construction site and control of the mass concrete pouring time， better ensure the quality of the mass of the bridge foundation mass concrete， improve the economic and social benefits of the project， and promote the sustainable development of bridge engineering in China.

Key words

Bridge mass concrete; Crack cause; Control measures

隨著交通基礎建設的進一步擴大，大體積混凝土在橋梁結構中的應用越來越多，如墩柱、蓋梁、承臺、橋臺等。隨之帶來的裂縫問題引起了越來越多的工程技術人員的關注。裂縫的出現(xiàn)，不僅影響橋梁的美觀，而且使橋梁整體抗壓能力降低，因此采取有效措施將大體積混凝土裂縫問題控制在可承受范圍之內意義重大。本文對裂縫出現(xiàn)的原因進行了分析總結，并提出了大體積混凝土施工質量控制措施。

1 工程概況

某橋梁工程位于甘肅省境內，從整個橋梁結構的受力特點來說，由于整個結構自重較大，且地基會承受較大的上部荷載，為了更好地滿足設計承載力的要求，一般其設計的界面尺寸都比較大。本工程為某橋梁基礎工程，基礎尺寸為：53.8m×52.8m×2.5m，屬于大體積混凝土。為保證工期，橋梁基礎一次澆筑，不設置后澆帶。由于混凝土一次性的澆筑量非常大，導致了在短時間內混凝土內部積聚了大量的水化熱量，使得整個內外部結構中的溫度梯度變化較大，內部產生了非線性收縮變形。如果在橋梁基礎邊界受到限制的情況之下，變形就很難被釋放，在內部就會產生溫度應力，當溫度應力產生的內部應力超過了混凝土的極限抗拉強度的時候，混凝土就會出現(xiàn)裂縫，并且隨著混凝土的水化，裂縫會逐漸變大，對于整個橋梁基礎工程的工程質量和耐久性都會產生較大的影響。所以說，采取合理的方法能有效降低橋梁基礎大體積混凝土的內外溫差變化，并且對裂縫進行有效控制是非常必要的。

2 橋梁大體積混凝土裂縫出現(xiàn)原因

2.1 水泥水化熱的影響

大體積混凝土澆筑完畢后，由于水泥水化熱作用所放出的熱量使混凝土內部溫度逐漸升高（可達70℃左右，甚至更高），因為混凝土內部和表面散熱條件不同，大體積混凝土內部溫度不易散出，從而由中心向外形成溫度梯度，內外溫差變形不同，產生溫度應力，使混凝土表面產生拉應力，內部產生壓應力。一旦拉應力超過混凝土極限抗拉強度，混凝土表面就會產生裂縫，從而不利于構件的工作。

2.2 荷載作用產生的裂縫

混凝土橋梁裂縫主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。直接應力裂縫是指荷載引起的直接應力下產生的裂縫，主要原因有：大體積混凝土結構設計計算不合理;結構實際受力與設計假設不符;施工過程中擅自更改結構的施工順序;施工荷載超出預期。次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力下所產生的裂縫，主要原因有：由于橋梁結構中經常需要開洞、鑿槽等，設計計算難以用準確的圖示進行模擬計算;設計外荷載與實際外荷載與出入。

2.3 其他因素的影響

溫度降低在0℃以下時，混凝土飽和之后就會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，將混凝土中游離的水分凝結成冰，混凝土中膨脹力加大，在構件表面出現(xiàn)沿主筋和箍筋方向寬窄不同的裂縫。沉降裂縫，主要原因有地基產生不均勻沉降導致模板支撐不穩(wěn);模板支撐底部松動;混凝土澆筑振搗過程中，塊狀材料下沉，泥漿類材料上浮等。

3 減少大體積混凝土裂縫產生的措施

3.1 材料質量控制

混凝土出現(xiàn)裂縫主要原因就是混凝土水泥水化過程釋放大量熱量，使混凝土內外受力不同產生裂縫，所以在選材的時候，應該優(yōu)先選擇水化熱較小的水泥，例如：中熱硅酸鹽水泥。大體積混凝土配料要添加一定量的粉煤灰，粉煤灰能降低水泥水化熱，提高和易性，增強抗?jié)B能力，而且還能降低水泥的用量，極大地提高混凝土強度，所以大體積混凝土要添加一定量的粉煤灰。粗骨料優(yōu)先選用5mm-20mm粒徑的連續(xù)級配石子，細骨料優(yōu)先選用中砂，這樣的骨料空隙較小，能夠減少水泥的使用量，產生的水化熱較小，減少干縮，能夠控制混凝土裂縫的出現(xiàn)。

3.2 施工現(xiàn)場控制

3.2.1 溫度測控

對不同區(qū)域的溫度進行實時監(jiān)控，并且還需要和周圍的環(huán)境溫度進行一并監(jiān)控，具體包括各個橋梁基礎的表面、中間以及底部位置都需要預埋一組PN結溫度傳感器，通過傳感器進行溫度的實時監(jiān)控。主要采用溫度測量設備為XMZ-102型數(shù)顯溫度控制儀，并且對混凝土內部溫度進行實時監(jiān)控，并且根據監(jiān)控的數(shù)據和溫控的指示來對冷卻水的速度和流量進行調節(jié)。使得混凝土內外溫差不超過在25℃。

大體積混凝土施工時應該加強混凝土地內外溫差的監(jiān)測，利用計算機仿真技術對混凝土施工期溫差進行計算機模擬動態(tài)監(jiān)測，記錄混凝土結構沿厚度方向的溫度變化，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土內外溫差超過規(guī)范要求（設計無要求時，溫差不宜超過25℃），采取措施提高混凝土外部溫度。同時最好選在春秋季進行大體積混凝土施工，澆筑過程中，加強通風，盡量避免在太陽下直接暴曬。

3.2.2 控制大體積混凝土澆筑時間

澆筑振搗時，根據不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間，避免過振或漏振。薄層澆搗均勻上升，以利于散熱，同時把握好混凝土流淌的最近和最遠點等邊緣部位。高頻振搗棒應盡量垂直插入，快插慢拔，均勻布置。應采取二次振搗、二次抹面技術，以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡。

3.2.3 橋梁大體積混凝土的溫度變化分析

根據實際監(jiān)控的結果以及相關的理論分析，橋梁基礎大體積混凝土澆筑按照內外溫差的變化的趨勢主要可以分為升溫、降溫以及穩(wěn)定三個不同的階段，在混凝土剛剛澆筑完成之后，內部的水泥水化在很短的時間之內完成，并且隨著澆筑時間的延續(xù)，整個澆筑的溫度降低逐漸的趨于穩(wěn)定。并且由于混凝土本身的導熱系數(shù)比較小，很容易導致中心區(qū)域的熱量形成積聚，所以，在前期的時候需要通過加壓來對內部的溫度進行有效地降低，保證內部熱量的釋放。在混凝土降溫時期，部分區(qū)域混凝土存在溫度梯度，需要采取有效方法減少因結構內部存在溫度梯度而產生的應力。當環(huán)境溫度在30℃左右時，對基礎表面采取覆蓋土工布、塑料薄膜等方式養(yǎng)護，側面采用薄膜包裹保濕及加強覆蓋抗風等措施，減少表面熱量的散失。

4 結語

綜上所述，針對橋梁基礎大體積混凝土的施工裂縫控制是保證橋梁基礎施工質量的關鍵，也是工程質量控制當中非常重要的問題。從整個大體積混凝土裂縫形成的原因來看，不同的工程項目原因可能不盡相同，但是從目前的裂縫控制技術來看，大體積混凝土裂縫的控制主要可以從三個方面著手，分別是溫度控制、混凝土澆筑時間控制，材料質量控制等，在施工的過程中借助于合理方法有效降低大體積混凝土內外溫差，減小混凝土裂縫的產生。此外，需要堅強對混凝土施工材料的質量控制，提高橋梁工程的整體穩(wěn)定性，促進我國橋梁工程的優(yōu)化與發(fā)展。

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