王 軍

(中鐵隧道集團一處有限公司)

鐵路橋梁工程中大體積承臺的混凝土裂縫成因與溫度控制措施

王 軍

(中鐵隧道集團一處有限公司)

大體積承臺出現(xiàn)裂縫的主要原因就是溫度應力，因此在施工中應注意從各個方面采用合理的措施對溫度應力的增加進行控制，使得混凝土降溫過程相對平緩，保證其整體的穩(wěn)定性，避免裂縫出現(xiàn)。

裂縫原因;水化熱;環(huán)境溫差;控制措施

1 鐵路橋梁工程中大體積承臺混凝土裂縫的成因分析

1.1 水泥水化熱

眾所周知混凝土在硬結的過程中因為水泥的水化作用產(chǎn)生大量的熱量，在初始的幾天中最為明顯。由于混凝土是一種熱的不良導體，其內(nèi)部的熱量不能馬上散發(fā)，內(nèi)部熱量越聚越多，溫度提升很快，而混凝土表面溫度為環(huán)境溫度，隨著時間的發(fā)展，就形成了一種內(nèi)部降溫慢而外部降溫快的情況，從內(nèi)部到外部形成了一個溫度梯度。無論是水化升溫階段還是降溫階段此種溫度梯度始終存在于混凝土構件中。因為熱脹冷縮的關系中心部位的混凝土膨脹大而外部小，導致構件的中心與表面質點之間存在約束力，混凝土構件的內(nèi)部產(chǎn)生壓力而表面則產(chǎn)生拉力。當溫度梯度到達一定程度的時候表面拉力就會超過其表面的抗拉極限從而產(chǎn)生裂縫。在升溫的時候混凝土由于沒有充分硬化，受到的拉應力小，產(chǎn)生的裂縫主要集中在表面。

就大體積混凝土而言，隨著水化反應的接收以及不斷的散熱，從升溫階段轉為降溫階段，混凝土內(nèi)部的熱量向表面散發(fā)，降溫階段的中心溫度與表面也存在溫差，也會在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生約束力，使得產(chǎn)生收縮的混凝土產(chǎn)生拉應力。如果收縮的拉應力較大就會在中心形成高應力區(qū)，如果此時的拉力大于此時的混凝土強度極限，其裂縫會貫穿結構件，危害更大。

1.2 氣候因素

大體積混凝土尤其是鐵路施工中，氣候因素對其影響也起到較大的作用。外界氣候溫度高則澆筑時的溫度也就高，如外界氣溫下降則會對混凝土的降溫幅度產(chǎn)生影響，特別是在晝夜溫差較大的地區(qū)，會增加混凝土內(nèi)部與外部的溫度梯度。大體積混凝土的溫度是水化熱所產(chǎn)生的絕對溫度、澆筑溫度、結構散熱等共同構成的，導致內(nèi)部應力改變的主要就是溫差。溫差大則應力大。所以在溫度高的環(huán)境下，散熱不良混凝土水化時溫度可以達到60℃以上，且降溫緩慢;反之溫度低則外層散熱快而內(nèi)部慢，溫度梯度也會增加，也不利于防止裂縫出現(xiàn)。

1.3 約束條件

結構件周圍的約束條件也是影響其形成裂縫的因素之一，因為大體積混凝土的發(fā)熱與降溫的溫差大且伴有形狀的改變，而此時如果外部約束較大就會產(chǎn)生更大的應力不平衡，這就使得溫度變化引起的應力加劇，從而容易超出混凝土的抗拉極限就容易出現(xiàn)裂縫。

2 控制鐵路承臺大體積混凝土裂縫的措施

2.1 混凝土的配合比調整

針對大體積的承臺混凝土，設計主要考慮到其性能問題，使用的年限相對較長，所以其設計中應重點降低其水化熱，同時又要滿足其耐久性、強度、防腐、泵送等一系列要求。

(1)水泥的選用:采用發(fā)熱量低的水泥和減少單位水泥用量是降低水化熱的最有效措施，設計時應優(yōu)先考慮中熱或者低熱水泥。

(2)骨料的選用:骨料的選擇也是一個重要的因素，連續(xù)級配的粗骨料與中砂作為的細骨料在施工中應嚴格的控制粗細骨料的含沙量、含水量，這樣就可提高混凝土的均勻程度增加其抗裂的性能。

(3)摻合料:摻和一定的粉煤灰可以滿足其高性能的需求，同時也可以在一定的程度上降低水化熱。

(4)外加劑:摻入一定量的減水劑可以改善混凝土拌和的和易性，降低用水量，進而降低灰水比，同時也可有效的降低混凝土溫度峰值的出現(xiàn)時間，相應的提高了同齡期混凝土的拉應力，降低了出現(xiàn)裂縫的幾率。

2.2 為混凝土設計控溫系統(tǒng)

(1)冷卻管系統(tǒng):在混凝土的內(nèi)部設計有冷卻管是一種平衡溫度的措施，冷卻管可以根據(jù)體積設計多層布置，水平向與豎向間距可以按照體積進行調節(jié)，在70～80 cm之間，管道采用直徑為25 mm的鋼管，每層管道都設置有豎向出口。冷卻水管應保證其防腐性能，并與鋼筋綁扎固定，防止?jié)仓谐霈F(xiàn)錯位。使用前應對其進行測試保證其密封性。冷卻水管完成冷卻功能后應壓漿封閉。

(2)測溫系統(tǒng):為了控制混凝土的溫度梯度，在養(yǎng)護的過程中需要采集第一手的溫度資料，即測量混凝土的內(nèi)外溫差，考慮承臺的對稱性，在承臺的邊角1 m位置和對角線等位置預埋了測溫器件。利用數(shù)字是溫度表和溫度計分別對承臺的內(nèi)部與外部溫度進行定時測量。采集的數(shù)據(jù)主要是不同施工階段的溫度，如入模溫度、不同齡期的溫度、養(yǎng)護溫度、環(huán)境溫度等。

水冷散熱:通水降溫并不是必須采用的措施，而是要根據(jù)實際的溫度改變的情況而定，如果采用的混凝土配合比較好其水化熱的溫度相對較低時，在施工中應隨時檢查測量的內(nèi)部溫度改變，只有溫度大于65℃或者內(nèi)外溫度差大于20℃的時候才能進行水冷降溫，否則不要急于通水。

2.3 施工控制

首先在混凝土澆筑的時候應注意順序，墩身預留的鋼筋位置向外進行澆筑，此時應防止承臺的邊緣部位出現(xiàn)浮漿而造成表面裂縫;其次混凝土澆筑施工的時間如果很長則應對灰水比進行實時監(jiān)控，盡量保證其坍落度是一致的，保證其和易性;第三，混凝土進行泵送的時候配合比會在施工中產(chǎn)生泌水或者浮漿的情況，因此在施工中應對模板進行特殊處理，設置預留的孔洞以便在泌水或者浮漿的時候及時排除，以此保證混凝土的密實度;最后，承臺結構中鋼筋的密集程度較大，采用不同長度的鋼管作為導管進行澆筑是十分必要的措施，這樣可以保證混凝土的下落高度不低于1.5 m，進而控制離析的出現(xiàn)。

2.4 養(yǎng)護控制

養(yǎng)護也是降低裂縫出現(xiàn)幾率的重要措施，其主要目的就是保濕與保溫，保溫就是為了降低混凝土表面散熱的速度，降低梯度，防止表面出現(xiàn)裂縫;保濕則是為了防止混凝土表面出現(xiàn)收縮而產(chǎn)生裂縫。具體措施是利用草袋等對混凝土進行覆蓋，并保持草袋的濕潤，對其進行灑水，保證表面處在濕潤的狀態(tài)，但是不能使其到達飽水否則將失去了保溫的效果。

3 結束語

在實際的測量中，可以采集到混凝土的溫度場變化，如渝利鐵路石板龍河2#墩承臺施工過程中，混凝土入模后其溫度會在24 h內(nèi)發(fā)生改變，溫度升高迅速，其溫度接近25℃，在入模后的55 h達到峰值，即62℃;此后溫度開始下降，其下降的梯度為2.5℃每天，在10 d后其溫度梯度才趨于平緩。因此在實際工程中如果按照此種情況，混凝土承臺的內(nèi)部溫度沒有達到理論最高值65℃，其溫差梯度沒有達到20℃，就不要進行水冷卻。否則在工程處如果出現(xiàn)了溫度差大于20℃就需要采用水冷的方式進行降溫，渝利鐵路金竹灘大橋1#、2#墩程承臺因為溫度測量的結果顯示其溫差大于20℃，因此采用了水冷方式對其降溫。實踐證明，混凝土溫度是沿著高度方向在中心呈現(xiàn)最高溫，向兩側逐漸降低，在距離頂面10 cm位置溫差最大，而底面因為有封底所以溫度降低較慢，而沿水平方向，從承臺中心到邊緣溫度逐漸下降。在采取降溫措施的時候應考慮此種規(guī)律。

［1］占仲欣.橋梁大體積承臺混凝土溫度裂縫的控制措施［J］.河南建材，2010，(2).

［2］張一鳴.小議工程施工中預防大體積混凝土裂縫的措施［J］.廣東科技，2007，(3).

［3］邢勇，符敏，李戈.大體積混凝土裂縫的控制［J］.價值工程，2010，(4).

［4］侯艷玲，楊楠.大體積混凝土溫度裂縫的產(chǎn)生及控制措施［J］.黑龍江交通科技，2009，(5).

［5］王林琴，李可.大體積混凝土裂縫原因及控制措施［J］.云南水力發(fā)電，2010，(5).

［6］張超然.水利水電工程施工手冊—混凝土工程［J］.中國電力，2002，(12).

U445.7

C

1008-3383(2012)03-0111-01

2011-11-10

王軍(1978-)，男，助理工程師。