橋梁工程大體積混凝土施工裂縫控制探析

肖萬坤

摘 要：在對橋梁工程進行建設的時候，合理的運用大體積混凝土，可以使主體結構物的穩定性進一步提高，但是在膠凝材料水化熱過程中，會使溫度發生變化，導致混凝土收縮，從而出現裂縫，最終會對水工碼頭整體施工質量產生影響。本文以某碼頭工程為例，對其裂縫產生原因、控制和處理手段等問題進行了闡述，為今后橋梁大體積混凝土的施工提供參考。

關鍵詞：大體積混凝土;橋梁;控制措施;施工裂縫

中圖分類號：U445.57 文獻標識碼：A

1 工程概述

荔榕高速獨家村1號橋，橋長274.04 m、寬28.5 m，由于貴州多山，該橋梁在兩山之間，最高矩形橋墩墩高45.9 m，其承臺、方柱墩均為大體積混凝土，承臺所使用的混凝土尺寸為14.316 m*7.5（3） m*2.5 m，強度為C30，單體體積為248.7 m3;矩形橋墩尺寸為42.972m*2.6m*2.2m，強度為C40，斷面最小處尺寸為2 m，均為大體積混凝土。在對首件方塊進行預制時在對首件承臺進行澆筑時，將混凝土的模板拆除后，發現其表面出現裂縫，且裂縫為不規則的。為了使工程質量得到保障，為了使該問題得到解決，項目部進行了論證分析，并對解決方案進行篩選，從而使大體積混凝土裂縫問題得到解決。

2 大體積混凝土的定義

通過相關規范可知，大體積混凝土主要判斷方式為：（1）混凝土實體結構最小尺寸大于1 m;（2）混凝土中膠凝材料在水化過程中，會產生收縮和溫度變化，從而產生裂縫，其也為大體積混凝土。目前，大體積混凝土結構在水利大壩、高層建筑以及大型橋梁中應用較為廣泛，在對其進行養護和施工時，由于多種原因的存在，會使其產生裂縫，從而使其結構力學性能受到影響，最終會導致質量或安全問題的發生。因此，為了使大體積混凝土質量得以提高，項目部應對裂縫產生的原因進行分析和干預。

3 大體積混凝土裂縫的特點及成因

通過對工程實際情況進行分析可知，上表面層以及預埋筋周邊為承臺混凝土裂縫的聚集區，這些裂縫是在硬化初期產生的。以大體積混凝土特點為基礎，對裂縫進行分析可知：（1）上表面層的裂縫比較淺，且不規劃，通常會在拆模后不久產生此種裂縫，通過對裂縫產生時間以及施工環境進行分析可知，該種裂縫主要是因為后期養護不符合規范，導致混凝土表面脫水，從而造成塑性裂縫，與此同時，骨料下沉、混凝土離析、養護工藝不符合要求以及拆模過早等因素也會造成塑性裂縫。（2）預埋筋周邊的裂縫呈現出發育狀態，分布規律，且裂縫深處存在鋼筋，由此可知，該裂縫為應力集中裂縫，主要是溫度收縮應力不均導致。

除了以上兩種裂縫，還存在干燥收縮、溫度收縮以及溫差裂縫。主要內容為：

（1）干燥收縮裂縫。該種收縮主要出現在混凝土硬化后，混凝土或水泥石干燥時，其中的水會蒸發成蒸汽，在此過程中，水泥石中毛細孔以及大孔洞中的水都會隨之蒸發，最先蒸發的水為大孔洞中的水，此過程不會造成混凝土的收縮，其次為毛細孔中的水發生蒸發，雖然此過程蒸發水的量越來越少，但是收縮量卻會不斷增加，從而造成收縮裂縫。

（2）溫度收縮裂縫。結構散熱降溫、水化熱的絕熱溫升以及澆筑溫度都是組成混凝土內部溫度的因素，與此同時，外界氣溫也會對混凝土澆筑溫度產生影響。當外部氣溫較高時，混凝土的澆筑溫度也會提高。因此當外界氣溫下降較快時，會使混凝土內部和外層的溫度梯度增加，從而造成溫度收縮裂縫。

以上兩種收縮裂縫規律性較強，通常在混凝土硬化中期產生，多發生在承臺寬度（或長度）方向的1/2、1/4、1/8等位置。

（3）溫差裂縫。該種裂縫出現的原因為：水泥水化放熱，導致混凝土表面和內部溫差增加。通常水泥水化熱為165 J/g～250 J/g，當水泥用量增加時，其絕熱溫升會隨之加大，可達50℃～80℃，根據相關研究，當混凝土內外溫差超過10℃時，其冷縮值約為0.01%，溫差越大，該值也會增加，當其超過極限拉伸時，結構便會出現裂縫。該種裂縫較為不規律，通常在混凝土硬化早期發生。

4 對大體積混凝土裂縫進行控制

項目部在對承臺進行澆筑時，裂縫通常發生在初期階段，在對大體積混凝土進行施工前，施工人員應先以目標特點為基礎，對其開裂風險進行評估，在此過程中，應先對承臺現澆混凝土構建最高溫度以及絕熱溫升進行估算，并對混凝土的外約束應力和自約束應力加以計算，最后以混凝土各齡期的抗裂安全系數和抗拉強度為基礎，對混凝土的開裂風險進行判斷。經過研究可知，該橋梁承臺現澆混凝土具有較小的開裂風險，但是對矩形橋墩混凝土進行分析時，可發現其抗裂安全系數較小，因此容易產生干燥和溫度收縮裂縫，為了避免深層裂縫或結構貫穿裂縫的產生，施工人員應采取相應的措施對其進行控制。當前管養措施、降溫措施以及構造措施等是混凝土裂縫控制的主要措施，主要內容為：

（1）構造措施。在對大體積混凝土實施施工之前，施工人員可以對構造參數進行優化，使其抗裂安全系數進一步提高，從而達到降低開裂風險的目的，由于預制方塊尺寸較小，可采取一次性方式進行澆筑。在對矩形橋墩進行施工時，應對其進行合理的分層和分段施工，由于矩形橋墩尺寸為45.9 m*2.6 m*2.2 m，因此可采用分層多次的方式實施澆筑。

（2）降溫措施。①對入模溫度進行控制：風冷、噴霧等倉面降溫，提高澆筑效率、對入倉時間進行控制，使用冰水或制冷水等低溫水進行拌和，采用預冷、灑水以及遮陽等方式對骨料溫度進行控制，在溫度較低時段進行施工;②對混凝土內部溫度進行控制：為對混凝土內部埋設冷卻水管的處理方式，達到通水降溫的目的。

（3）管養措施。混凝土終凝后，應對其進行及時的養護;拆除承臺或矩形橋墩的模板后，應設專人進行養護，保證構件表面長時間保持濕潤，使構件表面濕度盡量接近于標養濕度，通常應大于90%;在對矩形橋墩進行管養時，應采用專人養護和覆蓋土工布的方式，通常為了提高養護效果，可鋪設雙層土工布、加涂養護劑。在對養護期溫度進行控制時，應做到如下幾點：①混凝土內部（表面下50 mm或100 mm到中心的位置）溫差應小于20℃;②混凝土表面（表面下50 mm或100 mm）與外界溫度溫差應小于25℃;③應將混凝土降溫速度控制在2℃/d以內;④當拆除保護層后，大氣和混凝土表面溫差應小于20℃。在對混凝土養護時間進行控制時，應從澆筑初期開始計算，若水泥為普通硅酸鹽水泥，則養護時間應大于14天;若水泥為其他水泥，則養護時間應大于21天;夏季施工時，應對養護時間進行增加。

在對大體積混凝土裂縫進行控制時，除了上述主要措施外，還應對配合比和材料進行優化和選擇。例如，可采用外加緩凝劑、礦渣、粉煤灰，降低膠凝材料用量、選擇低水化熱材料以及選擇大規格骨料等方式對混凝土內部溫度進行控制，使混凝土內部的約束應力得到控制，從而使抗裂安全系數降低，最終達到降低混凝土開裂風險的目的。

5 裂縫問題和處理方式

在對首件承臺進行施工時，發現其表面存在不規則裂縫，產生這種裂縫的原因是因為混凝土液性轉化到塑性的速度較快，導致水分蒸發速率增加，是環境溫度升高，從而出現塑性收縮，當抗裂應力低于溫度應力時（如圖1可知大體積混凝土水化熱過程中的主要溫度變化），便會出現塑性收縮裂縫。對現場進行實測可知，裂縫的寬度為0.15 mm，長為30 mm～150 mm，深度較淺。

以首件承臺為例，對其表面裂縫進行處理，主要應使用灌注水泥素漿刮平、加強管養的方式對其進行處理。為了對后續大體積混凝土裂縫進行預防，應采用二次振搗、抹壓的方式進行處理，對表面裂縫進行控制。

除了表面裂縫之外，大體積混凝土還包括貫穿裂縫、深層裂縫以及細微裂縫。貫穿裂縫以及深度裂縫會對混凝土結構性能產生影響，因此項目部應對修補方案進行編制，采取有效的方式對其進行修補，在對修補材料進行選擇時，應采用與混凝土顏色一致、不收縮、穩定性好以及粘結強度高的材料，主要可以采用電化學防護法、混凝土置換法、結構補強法、灌漿法以及填充法等。通常采用表面貼補法和涂抹法對表面裂縫進行處理，涂抹材料通常為可環氧樹脂，與此同時，還可使用土工膜對表面裂縫進行處理。細微裂縫通常不會對混凝土結構性能產生影響，因此可不進行處理。

近幾年，在新技術和新材料的應用過程中，混凝土裂縫修補技術發展迅速，具有微膨脹、無收縮、高強、早強以及快硬等特性的丁苯橡膠、聚醋酸乙烯、環氧樹脂漿料等材料應用越來越廣泛。

6 總結

在橋梁、水運以及交通等大型主體結構工程中對大體積混凝土應用越來越廣泛，因此為了使工程整體質量得以提升，施工單位應對混凝土裂縫進行控制。在對大體積混凝土裂縫進行控制時，應從管養、施工工藝、配合比、原材料等方面對其進行治理和預防，做到防患于未然，使混凝土質量進一步提高，從而達到提高航道和港口壽命的目的。本文以某碼頭工程中的裂縫問題為基礎，對其裂縫防治進行分析，為今后大體積混凝土碼頭的施工奠定基礎。

參考文獻：

[1]于真.淺談大體積混凝土施工[J].河南建材，2013（06）.

[2]李紅星，郭和利.混凝土構件表面缺陷防治[J].水運工程，2007（S1）.