紀(jì)坤

摘要：隨著我國高速鐵路事業(yè)的迅猛發(fā)展，鐵路橋梁大體積混凝土施工中普遍會遇到裂縫控制問題，研究裂縫的形成原因及控制措施顯得越來越重要。本文通過對滬昆客專坪蒿地特大橋連續(xù)梁在施工過程中采取的一些防止裂縫產(chǎn)生的控制措施，結(jié)合多年的橋梁施工經(jīng)驗，闡述了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機理，并提出了相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；控制措施

中圖分類號：U445，71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-05-02

1.大體積混凝土的定義及相關(guān)概念

我國對大體積混凝土作了如下定義（《GB 50496-2009大體積混凝土施工規(guī)范》）：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。大體積混凝土因為橋梁體積大，聚集的大量水化熱會導(dǎo)致混凝土內(nèi)外散熱不均勻，在受到內(nèi)外約束的情況下，混凝土內(nèi)部會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力并很可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生，最終為工程埋下嚴(yán)重質(zhì)量隱患。因此，大體積混凝土施工中應(yīng)嚴(yán)格控制裂縫產(chǎn)生和發(fā)展，以確保工程質(zhì)量。

2.工程概況

新建滬昆客運專線是一條時速250km/h雙線CRTS I型雙塊式無砟軌道鐵路，坪蒿地特大橋里程范圍：DK946+316，45～DK947+006，85，全長690，4m，混凝土中心里程為DK946+674，孔跨樣式為lx24+20X32m。本橋梁體設(shè)計為40+64+40m的預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁，設(shè)計采用三向預(yù)應(yīng)力體系，掛籃施工每一段都是一次澆注成型，澆注后覆蓋養(yǎng)生達到設(shè)計要求強度和齡期后施加預(yù)應(yīng)力并壓漿，掛籃方可前移并施工下一段連續(xù)梁。

3.大體積混凝土裂縫類型及裂縫產(chǎn)生原因分析

大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要包括收縮裂縫、安定性裂縫、溫差裂縫等。

3，1收縮裂縫

混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮，混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時（支承條件、鋼筋等），將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起的干縮變形?；炷猎谥饾u散熱和硬化過程中會導(dǎo)致其體積的收縮，對于大體積混凝土，這種收縮更加明顯。如果混凝土的收縮受到外界的約束，就會在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的收縮應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫，影響混凝土收縮的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品種。混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收縮就越大，水泥品種對干縮量及收縮量也有很大的影響，一般中低熱水泥和粉煤灰水泥的收縮量較小。

自身收縮是混凝土收縮的一個主要來源。自身收縮與干縮一樣，是由于水的遷移而引起的，但它不是由于水向外蒸發(fā)散失，而是因為水泥水化時消耗水分造成凝膠孔的液面下降形成彎月面，產(chǎn)生所謂的白干燥作用，導(dǎo)致混凝土體的相對濕度降低及體積減小而最終自身收縮，塑性收縮也是大體積混凝土收縮一個主要來源。在水泥活性大、混凝土溫度較高或者水灰比較低的條件下，混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發(fā)的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態(tài)，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現(xiàn)分布不規(guī)則的裂縫，出現(xiàn)裂縫以后，混凝土體內(nèi)的水分蒸發(fā)進一步加快，于是裂縫迅速擴展，所以在這種情況下混凝土澆筑后需要及早覆蓋養(yǎng)生。

3.2溫差裂縫

混凝土內(nèi)部和外部的溫差過大會產(chǎn)生裂縫，溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況：第一種是在混凝土澆筑初期，這一階段產(chǎn)生大量的水化熱，形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂，這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第3天（升溫階段）。另一種是在拆模前后，這時混凝土表面溫度下降很快，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達峰值后，熱量逐漸散發(fā)而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會產(chǎn)生裂縫，但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。

3.3安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起

4.大體積混凝土裂縫的控制措施

4.1設(shè)計措施

（1）精心設(shè)計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能降低混凝土的單位用水量。采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強、高韌性、中彈、低熱和高抗拉值”的抗裂混凝土，

（2）增配構(gòu)造筋，提高抗裂性能。應(yīng)采用小直徑、小間距的配筋方式，全截面的配筋率應(yīng)在0.3～0.5%之間。

（3）避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強措施。

（4）在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限抗拉強度，

（5）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮施工時的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m。保留時間一般不小于60天，如不能預(yù)測施工時的具體條件，也可臨時根據(jù)具體情況作設(shè)計變更。

4.2原材料控制措施

（1）盡量選用低熱或中熱水泥，降低水泥用量，減少水化熱，水化熱與水泥用量成正比。在條件許可的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥，因為這種水泥在水化膨脹期（1～5d）可產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，而在水化后期預(yù)壓應(yīng)力可部分抵消溫度徐變應(yīng)力，減少混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，提高混凝土的抗裂能力。

（2）適當(dāng)摻加粉煤灰。混凝土中摻用粉煤灰后，可提高混凝土的抗?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。

（3）選擇級配良好的骨料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%以上，因此在選擇骨料時，應(yīng)選擇膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料，盡量采用中砂，嚴(yán)格控制粗細骨料的含泥量，控制水灰比在0.6以下。還可以在混凝土中摻緩凝劑，減緩澆筑速度，以利于散熱。

（4）適當(dāng)選用高效減水劑和引氣劑，這對減少大體積混凝土單位用水量和膠凝材料用量，改善新拌混凝土的工作性能，提高混凝土的耐久性等性能起著極為重要的作用。

4.3施工方法控制措施

大體積混凝土施工時內(nèi)部應(yīng)適當(dāng)預(yù)留一些孔道，在內(nèi)部通循環(huán)冷水或冷氣冷卻，降溫速度不應(yīng)超過0.5℃～1，0℃/h。對橋梁基礎(chǔ)混凝土可采用分塊分層澆筑（每層間隔時間5d～7d），分塊厚度為1，0m～1，5m，以利于水化熱散發(fā)和減少約束作用。此外，還應(yīng)加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上。盡量采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強度，提高抗裂性。還可根據(jù)具體工程特點，采用補償收縮混凝土技術(shù)。

4.4溫度控制措施

混凝土溫度和溫度變化對混凝土裂縫是極其敏感的。當(dāng)混凝土從零應(yīng)力溫度降低到混凝土開裂溫度時，混凝土拉應(yīng)力超過了此時的混凝土極限拉應(yīng)力。因此，通過應(yīng)降低混凝土內(nèi)水化熱溫度和混凝土初始溫度，減少和避免裂縫風(fēng)險。人工控制混凝土溫度的措施對早期因熱原因引起的裂縫作用不明顯。比如表面保溫材料保護可以減少內(nèi)外溫差，但不可避免地招致混凝土體內(nèi)溫度很高，從受約束而導(dǎo)致貫穿裂縫的角度看，是一個潛在惡化裂縫的條件，因為混凝土內(nèi)部熱量遲早是要散發(fā)掉的，另外還需注意的問題是防止過速冷卻和超冷，過速冷卻不僅會使混凝土溫度梯度過大，而且早期的過速超冷會影響體系的水化程度和早期強度，更易產(chǎn)生早期熱裂縫，超冷會使混凝土溫差過大，引起溫差裂縫澆筑時間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時要求在沙、石堆場搭設(shè)簡易遮陽裝置，或用濕麻袋覆蓋，必要時向骨料噴冷水?；炷帘盟蜁r，可在水平及垂直泵管上加蓋草袋并噴冷水。所以，大體積混凝土施工重點主要是將溫度應(yīng)力產(chǎn)生的不利影響減少到最小，防止和降低裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，

4.5施工過程中控制措施

4.5.1控制混凝土入模溫度

入模溫度的高低，與出機溫度密切相關(guān)，另外還與運輸工具、運距、轉(zhuǎn)運次數(shù)、施工氣候等有關(guān)。在溫度較高的情況下進行施工，可以在施工現(xiàn)場對堆在露天的砂石用布覆蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫。在攪拌過程中向混凝土中添加冰水。

如果是在冬季進行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應(yīng)該具有較高的澆筑溫度。在澆筑混凝土以前還應(yīng)該對基礎(chǔ)及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預(yù)熱，對原材料應(yīng)視氣溫高低進行加熱。

4.5.2嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度

一次澆注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。保證振搗密實，嚴(yán)格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴(yán)防漏振及過振。

4.5.3溫度控制、監(jiān)測與養(yǎng)生

（1）溫度控制、監(jiān)測

為降低大體積混凝土的水化熱，在混凝土的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水，采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護，以便加快混凝土內(nèi)部的熱量散發(fā)。為能夠較準(zhǔn)確地測量出砼內(nèi)部溫度，在砼中預(yù)埋測溫管，用水銀溫度計測溫。上下層溫差控制在15-20℃之內(nèi)。根據(jù)各測點的溫度，可及時繪制出混凝土內(nèi)部溫度變化曲線，對照混凝土理論計算值，分析存在的問題。有的放矢地采取相應(yīng)的技術(shù)措施。坪蒿地特大橋采用了“內(nèi)降外保”的溫控措施，“內(nèi)降”主要是采用循環(huán)冷卻水進行降溫，經(jīng)實測：入管前水溫10℃，出管后最高水溫49℃，冷卻水帶走了大部分熱量，經(jīng)計算使內(nèi)部溫度整體降低15℃?！巴獗！笔峭ㄟ^采取措施，控制梁體外表面溫度，使梁體內(nèi)外溫差不大于25℃，在施工中，通過外面保溫，使混凝土表面降溫速度減慢，以減小混凝土的內(nèi)外溫差，從而防止混凝土因溫差過大引起變形而產(chǎn)生的溫度裂縫。

（2）混凝土的養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護是大體積混凝土施工中一項十分關(guān)鍵的工作。主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土的內(nèi)外溫差，促進砼強度的正常發(fā)展及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。從混凝土澆筑完成到終凝這段時間的養(yǎng)護對混凝土而言十分重要，混凝土澆筑完畢后，在其頂面及時加以覆蓋，要求覆蓋嚴(yán)密，并經(jīng)常檢查覆蓋保濕效果。其主要作用有二：一是蓄水保溫，防止表面水分蒸發(fā)和抵抗受太陽輻射與刮風(fēng)時溫度驟變，二是保持內(nèi)外溫差的穩(wěn)定，

4.5.4健全施工組織管理

在制訂技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施的同時，還需落實組織指揮系統(tǒng)，逐級進行技術(shù)交底，做到層層落實，確保順利實施。通過坪蒿地特大橋施工實踐證明，在優(yōu)化配合比設(shè)計，改善施工工藝，提高施工質(zhì)量，做好溫度監(jiān)測工作及加強養(yǎng)護等方面采取有效技術(shù)措施，堅持嚴(yán)謹?shù)氖┕そM織管理，完全可以控制大體積混凝土溫度裂縫和施工裂縫的發(fā)生，

5.控制措施的結(jié)果

經(jīng)過檢測，坪蒿地特大橋施工完7天后，梁體混凝土達到了設(shè)計強度的80%以上，混凝土的表面只有少量1～10cm長、縫寬小于0，1mm的微細裂縫，呈不規(guī)則分布，沒有形成通縫，符合規(guī)范要求。在混凝土施工完56天后，上述裂縫沒有進一步發(fā)展，也沒有新的裂縫產(chǎn)生，

6.結(jié)束語

對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計、施工，掌握住它的基本知識，并根據(jù)實際采取有較措施，會使施工質(zhì)量得到很好的保證，以上各項技術(shù)措施并不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的，施工過程中必須結(jié)合實際、全面考慮、合理采用，才能起到良好的效果。通過坪蒿地特大橋梁體大體積混凝土防裂縫控制措施，可以看出大體積混凝土裂縫雖然不可能避免，但是通過合理手段是可以控制的，說明滬昆客專坪蒿地特大橋連續(xù)梁大體積混凝土的裂縫控制措施是可行的，可以為類似的大體積混凝土施工提供借鑒。