唐小勇

（衡南縣公路管理局 湖南衡南 421001）

橋梁大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其控制措施

唐小勇

（衡南縣公路管理局 湖南衡南 421001）

混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能很大程度上取決于施工技術(shù)以及質(zhì)量控制措施，一旦大體積混凝土的結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂，必然影響到橋梁使用安全性?；诖?，本文對(duì)橋梁大體積混凝土的實(shí)際施工、產(chǎn)生裂縫的原因以及相應(yīng)的解決措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討，以期為相關(guān)人員提供參考。

大體積；混凝土裂縫；原因；控制措施

1 引言

在橋梁建造中，大體積混凝土常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的裂縫，對(duì)橋梁的安全產(chǎn)生了一定的影響。形成裂縫的原因是多種多樣的，為了防止混凝土產(chǎn)生裂縫，務(wù)必要明確好裂縫產(chǎn)生的原因，以便采取相應(yīng)的措施對(duì)裂縫進(jìn)行控制，從而有效提高大體積混凝土的施工質(zhì)量。

2 橋梁大體積混凝土的施工概述

在建造和使用橋梁過程中，大體積混凝土經(jīng)常有裂縫出現(xiàn)，究其原因主要是大體積的混凝土在受到內(nèi)部應(yīng)力以及外部荷載的雙重作用力下，在溫度的影響之下而發(fā)生的。橋梁施工中常會(huì)用到大體積混凝土，而所謂的大體積混凝土即是在任何地方都能夠就地進(jìn)行澆筑的混凝土，尺寸較大，為了最大限度的減少開裂，務(wù)必要采取一定的措施解決水化熱以及由水化熱所引起的體積變形的問題。

3 橋梁大體積混凝土裂縫處理產(chǎn)生的原因

橋梁的大體積混凝土在施工過程中容易產(chǎn)生裂縫，而產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

3.1 溫度引起的裂縫

大體積混凝土表面或者溫差變化較大的地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)容易有溫度裂縫發(fā)生，澆筑混凝土過程中，混凝土發(fā)生硬化后，水泥在水化過程中會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，且混凝土的體積較大，混凝土內(nèi)部會(huì)聚積大量的水化熱不易散發(fā)，使得內(nèi)部的溫度急劇的上升，但混凝土表面散熱速度十分的迅速，基于此，就很易導(dǎo)致內(nèi)外形成較大的溫差，使得內(nèi)部跟外部發(fā)生不同程度的熱脹冷縮，混凝土的表面會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。一旦拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度的極限時(shí)，混凝土的表面會(huì)有裂縫產(chǎn)生，通常會(huì)發(fā)生在混凝土施工中后期。在進(jìn)行混凝土施工時(shí)，一旦出現(xiàn)溫差變化較大，或者混凝土受到寒潮的襲擊后，混凝土表面的溫度會(huì)迅速的下降，產(chǎn)生收縮的問題，表面發(fā)生收縮的混凝土在內(nèi)部混凝土的約束力作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫，此裂縫一般會(huì)產(chǎn)生于混凝土表面較淺的范圍內(nèi)。

3.2 荷載引起的裂縫

所謂的荷載裂縫是指大體積混凝土橋梁在受到常規(guī)靜、動(dòng)荷載以及次應(yīng)力下而產(chǎn)生的裂縫，常見的裂縫有兩種，即直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。產(chǎn)生直接應(yīng)力裂縫的主要原因在于計(jì)算結(jié)構(gòu)時(shí)使用的計(jì)算模型不夠合理，所假設(shè)的結(jié)構(gòu)受力跟實(shí)際受力不相符合，少算或者漏算荷載；或者是計(jì)算內(nèi)力以及配筋出現(xiàn)錯(cuò)誤，結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)不達(dá)標(biāo)；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)未對(duì)施工的可行性進(jìn)行考慮；設(shè)計(jì)鋼筋或者布置鋼筋時(shí)存在錯(cuò)誤，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度不夠等。

3.3 由外力造成的裂縫

在實(shí)際施工過程中，地基基礎(chǔ)發(fā)生變形也會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，究其原因主要在于基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻的沉降，混凝土在塑性狀態(tài)下基礎(chǔ)以及支架會(huì)出現(xiàn)各種不均勻的沉降，使得局部混凝土發(fā)生變形，且在約束力的作用下產(chǎn)生裂縫。受到重力作用后，混凝土中較重的顆粒會(huì)下沉，水泥漿會(huì)上浮，此種下沉在受到鋼筋和模板的作用后會(huì)產(chǎn)生裂縫。

4 大體積混凝土裂縫控制措施

4.1 工程案例

新埠河大橋，位于湖北省荊門市沙洋縣十里鋪鎮(zhèn)境內(nèi)的新橋村，207國道170+600樁號(hào)處。因跨新埠河而得名。該橋于1972年建成通車，西207國道線上的一座重要橋梁?，F(xiàn)屬荊門市沙洋縣交通局管轄。

新埠河大橋?yàn)榭崭故綀A弧雙曲拱橋，屬永久性結(jié)構(gòu)。橋長50m，寬14m，高 9×5m。正橋 4孔，凈跨分別為 6×8+8×9+7×9+9×9，拱矢度為 1/4，腹拱5孔，每小孔凈跨2m，拱矢度為1/3，車到12m，渣油路面，兩邊設(shè)置混凝土人行道，寬度為2m，橋臺(tái)為v型重力式，橋墩為重力式，荷載等級(jí)為汽-15級(jí)；拖-80級(jí)。河床水深10m，枯水深1m。

4.2 具體的裂縫控制措施

4.2.1 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)

（1）選用膨脹劑時(shí)通常建議使用U型膨脹劑，例如有無水硫鋁酸鈣或硫酸鋁，而減水劑則建議使用SF-1緩凝高效減水劑，經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)表明，要想進(jìn)一步提高混凝土的抗裂強(qiáng)度，則可以在混凝土中添加適當(dāng)?shù)呐蛎泟?，混凝土?nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力能夠?qū)⒒炷恋氖湛s應(yīng)力進(jìn)行抵消。具體的抗?jié)B混凝土最大水膠比見表1。

表1 抗?jié)B混凝土最大水膠比

（2）原材料選用

①摻合料：在混凝土中摻加一些摻合料能夠有效提高混凝土后期的強(qiáng)度，還能夠使得溫升的峰值出現(xiàn)的時(shí)間有所推移，節(jié)約水泥的同時(shí)，使得水泥的水化熱有所降低，混凝土則變得更易拌和，摻合料應(yīng)用添加粉煤灰技術(shù)。

②含泥量：如果骨料中含有較多的泥，會(huì)對(duì)混凝土的抗裂性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。所以，選擇骨料時(shí)務(wù)必要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣實(shí)測(cè)，在大體積混凝土中，粗細(xì)骨料的含泥量是要害問題，砂的含泥量控制在2%以內(nèi)，石子的含泥量控制在1%以內(nèi)。

③粗骨料：適宜的骨料通常建議選用那些自然連續(xù)的級(jí)配以及碎石，粗骨料宜優(yōu)先選用自然連續(xù)級(jí)配和碎石，配制的連續(xù)級(jí)配骨料混凝土的和易性較好，因而可以適當(dāng)?shù)臏p少水泥用量，以便符合相關(guān)的強(qiáng)度要求，確?；炷辆鶆?，容易密實(shí)，而由碎石拌制而來的混凝土要具有較高的強(qiáng)度，且抗裂性能較好，連續(xù)級(jí)配骨料配制混凝土具有較好的和易性，可以適當(dāng)減少水泥用量，達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度，使混凝土均勻、易密實(shí)。而用碎石拌制的混凝土的強(qiáng)度較高，抗裂性較好。通常建議選用中粗砂作為細(xì)骨料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，每立方米的混凝土能夠減少20～25kg的水泥量，一般來說，在絕熱溫升時(shí)，每立方米混凝土減少10kg的水泥，溫度就會(huì)降低1℃。

④細(xì)骨料：因?yàn)槭褂弥猩翱蓽p少水及水泥的用量，宜采用Ⅱ區(qū)中砂。

⑤水泥：應(yīng)選用低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等材料，因?yàn)榇篌w積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥，水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升，同時(shí)，要盡可能減少水泥用量。

4.2.2 溫控措施及施工現(xiàn)場(chǎng)控制

①通水冷卻。在實(shí)際施工中，為了增加進(jìn)出水口，一般會(huì)在混凝土鋼筋骨架內(nèi)鋪設(shè)冷卻水管，使得冷卻水循環(huán)的速度進(jìn)一步加快，有效降低承臺(tái)內(nèi)部的溫度。②降低入模溫度。對(duì)混凝土進(jìn)行直接降溫時(shí)可以使用冷卻拌和水或者摻加一些冰屑，然而由于混凝土中占有的水的熱容量比例較小，所以不能只憑冷卻水來降低混凝土的入模溫度，還要處理好粗骨料以及水泥。在夏季進(jìn)行施工時(shí)，要做好細(xì)骨料的遮陽工作，拌和混凝土前要對(duì)粗骨料進(jìn)行噴射降溫，當(dāng)氣溫超過30℃時(shí)，使用上述措施才會(huì)收獲更好的效果。通常不把水泥當(dāng)作預(yù)冷，只對(duì)水泥罐進(jìn)行自理，例如可以選用淺色漆、水泥罐頂安裝噴淋裝置噴冷卻水等。

4.2.3 后期養(yǎng)護(hù)

在進(jìn)行大體積混凝土的后期養(yǎng)護(hù)工作時(shí)，一般建議使用通水冷卻的、蓄水養(yǎng)生以及保溫養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行。通常使用表面全保溫養(yǎng)護(hù)的方式，為了有效提高新澆筑混凝土的表面以及四周的溫度，則可以利用保溫材料，有效減少混凝土的內(nèi)外溫差，此方法較為簡(jiǎn)單，且能夠有效的對(duì)溫度進(jìn)行控制。使用銅電阻測(cè)溫設(shè)備對(duì)結(jié)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制，按照溫差確定好保溫措施，確保混凝土內(nèi)外的溫差，通常建議將混凝土表面和模板外側(cè)的溫差控制在10℃左右。

5 檢查和處理大體積混凝土的裂縫

大體積混凝土的裂縫通常分為三種：①表面裂縫；②深層裂縫；③貫穿裂縫。具體見圖1。對(duì)于那些結(jié)構(gòu)力以及耐久性未受到影響的表面裂縫，通常不需要進(jìn)行處理，而處理后兩種裂縫時(shí)，通?？梢允褂描彸芽p的方式，當(dāng)鑿槽斷面呈現(xiàn)為梯形時(shí)，在上面澆筑混凝土?xí)r，可以使用風(fēng)鎬、風(fēng)鉆以及人工的方式鑿除裂縫，直到看不到裂縫為止，對(duì)深度較深的裂縫進(jìn)行處理時(shí)，可以先在裂縫上鋪設(shè)1～2層的鋼筋后，方能繼續(xù)新混凝土的澆筑工作，通常是當(dāng)混凝土發(fā)生充分的冷卻后，對(duì)于裂縫較為嚴(yán)重的情況則可以使用水泥灌漿和化學(xué)灌漿對(duì)裂縫進(jìn)行處理。對(duì)于裂縫寬度小于0.5mm時(shí)應(yīng)采取化學(xué)灌漿，水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5mm以上時(shí)?；瘜W(xué)灌漿材料一般使用環(huán)氧一糠醛丙酮系等漿材。

圖1 大體積裂縫種類

6 結(jié)語

總而言之，橋梁大體積混凝土發(fā)生裂縫的原因很多，經(jīng)過實(shí)際研究表明，在設(shè)計(jì)工程、施工工藝的選擇以及材料的選擇上做好防裂措施，并做好工程后期的養(yǎng)護(hù)工作，完全可以將對(duì)橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)造成威脅的裂縫避免，從而有效確保工程的質(zhì)量。

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U445.7+1

A

1004-7344（2016）25-0161-02

2016-8-18

唐小勇（1970-），男，工程師，本科，主要從事道路與橋梁施工工作。