韓 軍

江蘇開通建設(shè)工程有限公司

淺談橋梁工程中大體積混凝土的裂縫問題

韓 軍

江蘇開通建設(shè)工程有限公司

我國(guó)的部分橋梁工程在使用中都存現(xiàn)了程度不等的問題，尤其是大體積混凝土裂縫問題。橋梁工程與其他的工程不同，工程結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，混凝土一旦出現(xiàn)裂縫，工程的整體質(zhì)量和橋梁的安全就會(huì)受到影響。

橋梁工程；大體積混凝土；裂縫

前言：

大體積混凝土已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在橋梁工程中，混凝土的本身強(qiáng)度比較大，能對(duì)橋梁起到重要的荷載作用，混凝土受到其自身的特性影響，在外界因素的干擾和影響下容易有裂縫出現(xiàn)。對(duì)于這種情況，在橋梁工程中應(yīng)該對(duì)混凝土工程進(jìn)行保養(yǎng)和修護(hù)。

一、大體積混凝土的定義

在建筑工程的施工過程中，混凝土是最為常見的施工材料，在發(fā)展的過程中，混凝土也不僅僅局限在建筑工程單一的方向，已經(jīng)逐漸朝著橋梁工程的建設(shè)出發(fā)，大體積混凝土的施工技術(shù)也是施工中的一個(gè)難點(diǎn)。眾所周知，混凝土受到溫度的影響可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，一旦出現(xiàn)裂縫就會(huì)對(duì)工程的質(zhì)量產(chǎn)生影響，要想避免這一問題的發(fā)生，就要嚴(yán)格控制溫度，減少溫度的差異，進(jìn)而防止在橋梁建設(shè)中出現(xiàn)大體積混凝土裂縫的現(xiàn)象。

二、裂縫產(chǎn)生原因分析

2.1伸縮裂縫

大體積混凝土伸縮裂縫是橋梁工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)最常見的裂縫缺陷之一。產(chǎn)生伸縮裂縫的主要原因?yàn)椋捍篌w積混凝土在澆筑后振搗時(shí)不密實(shí)，骨料下沉導(dǎo)致表層浮漿過多，或大體積混凝土澆筑后表面未及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，在環(huán)境條件影響下導(dǎo)致混凝土表面水分散失速度快，產(chǎn)生干縮。上述諸多因素影響，加之大體積混凝土早期強(qiáng)度低，無(wú)法抵抗變形作用力，最終表現(xiàn)為開裂現(xiàn)象。

2.2溫度裂縫

橋梁工程中大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的原因比較復(fù)雜，主要包括兩個(gè)方面，第一是因水泥水化熱反應(yīng)所誘發(fā)的溫度裂縫，第二是因氣溫變化所誘發(fā)的溫度裂縫。具體可分析如下：①?gòu)囊蛩嗨療岱磻?yīng)所致溫度裂縫的角度上來(lái)說(shuō)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在硬化過程當(dāng)中，水泥原料會(huì)釋放出大量的水化熱，其內(nèi)部溫度持續(xù)上升，導(dǎo)致混凝土表面與內(nèi)部出現(xiàn)較大的溫度差異?；炷羶?nèi)部膨脹較外部而言更高，此時(shí)導(dǎo)致其表面出現(xiàn)很大的拉應(yīng)力，但混凝土早期抗拉強(qiáng)度低，進(jìn)而導(dǎo)致了裂縫缺陷的產(chǎn)生；②從因氣溫變化所致溫度裂縫的角度上來(lái)說(shuō)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工過程當(dāng)中，外部溫度的變化會(huì)對(duì)裂縫的產(chǎn)生起到非常大的影響。橋梁工程中，大體積混凝土內(nèi)部溫度的構(gòu)成元素復(fù)雜，包括水泥水化熱絕熱溫升、混凝土結(jié)構(gòu)散熱溫度、澆筑溫度等，上述約束作用下所形成的溫度裂縫機(jī)制如下圖所示(見圖 1)。其中，澆注溫度與外部環(huán)境間的關(guān)系密切。一般情況下，外部溫度越高，則相應(yīng)的混凝土澆筑溫度升高；外部溫度越低，則相應(yīng)的混凝土澆筑溫度下降，由此導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生較大的內(nèi)外部梯度，從而形成裂縫缺陷。

1.3結(jié)構(gòu)變形裂縫

在大體積混凝土結(jié)構(gòu)受到外界環(huán)境約束作用影響時(shí)同樣可能產(chǎn)生裂縫缺陷。結(jié)合橋梁工程實(shí)踐為例，當(dāng)大體積混凝土澆筑在既有約束地基基礎(chǔ)上時(shí)，加之未采取針對(duì)性的措施來(lái)降低或放松約束作用力，就會(huì)導(dǎo)致其對(duì)溫度產(chǎn)生變形限制，進(jìn)而出現(xiàn)貫穿性的深層裂縫缺陷。

圖 1　約束作用下溫度裂縫機(jī)制示意圖

三、大體積混凝土裂縫的控制對(duì)策

3.1設(shè)計(jì)措施

(1)重視地基的處理，大體積混凝土一般都是厚體實(shí)重的整澆式結(jié)構(gòu)，地基對(duì)基礎(chǔ)的影響十分明顯。在設(shè)計(jì)主要應(yīng)防止地基產(chǎn)生不均勻下沉，以及改善對(duì)基礎(chǔ)的約束影響。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浲翆訒r(shí)，為防止地基產(chǎn)生不均勻下沉，通常采用砂墊層或其他加固辦法。砂墊層不僅可以提高地基的承載能力，而且在施工時(shí)還可以設(shè)置盲溝排水，這對(duì)減少地下水或地表水的影響都有明顯作用。

(2)合理分裂分塊，不僅可以減輕約束作用，縮小約束范圍；同時(shí)也可利用澆筑塊的層面進(jìn)行散熱，降低混凝土內(nèi)部的溫度。合理的分縫分塊，應(yīng)能使結(jié)構(gòu)起到調(diào)節(jié)溫度變化的作用，確?；炷劣凶杂缮炜s的余地，以達(dá)到釋放溫度應(yīng)力的目的，接縫的處理必須滿足防止?jié)B漏水的要求。

(3)合理分布鋼筋，鋼筋與混凝土共同工作的基礎(chǔ)是兩者之間的粘結(jié)力。由于鋼的彈性模量約為混凝土彈性模量的7-15倍，所以當(dāng)混凝土內(nèi)應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度而開始裂縫時(shí)，此時(shí)鋼筋的應(yīng)力很小，想通過利用鋼筋防止混凝土裂縫的出現(xiàn)，就達(dá)不到目的，但合理布置分布鋼筋，可以起到減輕混凝土的收縮程度，限制裂縫的開展。

(4)混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)不宜太高，在大體積混凝土的結(jié)構(gòu)物中，力學(xué)強(qiáng)度和安全貯備，通常都很高，但過高的強(qiáng)度貯備，會(huì)使水泥用量增多，水化熱變大。導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度過高，造成內(nèi)外溫差過大，從面引起結(jié)構(gòu)物的開裂。

3.2配置具有抗裂、低熱性能混凝土

水泥的用量以及品種將直接對(duì)水泥水化熱反應(yīng)產(chǎn)生影響，對(duì)混凝土溫升也有直接影響。因此，為控制大體積混凝土的裂縫問題，首先必須選擇適宜的水泥品種。其中，水泥水化熱反應(yīng)主要受到水泥品種、混凝土溫升速率、以及溫升幅度等相關(guān)因素的影響，可應(yīng)用如下式對(duì)混凝土絕熱溫升進(jìn)行估算：混凝土絕熱溫升(℃)＝混凝土中膠凝材料用量(kg/m3)* 水泥極限水化發(fā)熱量(kJ/kg)/ 混凝土比熱(kJ/kg.℃)* 混凝土表觀密度(kg/m3)；結(jié)合橋梁工程建設(shè)施工要求來(lái)看，以承臺(tái)部分為例，其所使用大體積混凝土絕熱溫升應(yīng)嚴(yán)格控制在 35.0℃范圍內(nèi)。因此可以根據(jù)上式子反算每種材料所對(duì)應(yīng)的水泥(膠凝材料)最低用量。以表 1 數(shù)據(jù)為例，綜合對(duì)該式的應(yīng)用，結(jié)合成本等方面的因素考量，可選用 32.5P·S 礦渣水泥用于橋梁工程承臺(tái)部分大體積混凝土施工作業(yè)。

3.3混凝土內(nèi)部埋置冷卻水管

在大體積混凝土內(nèi)部通過埋置冷卻水管的方式，可以利用連續(xù)流動(dòng)的冷水來(lái)降低混凝土內(nèi)部溫度，也有助于將混凝土塊體冷卻至穩(wěn)定體積狀態(tài)。冷卻水管的冷卻作用時(shí)間一般在大體積混凝土澆筑后的 10d ～ 15d 內(nèi)。以橋梁工程承臺(tái)部分為例，冷卻水管在布置設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)考慮的問題為：結(jié)合橋梁工程承臺(tái)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場(chǎng)分布特征，以3.0m為每層厚度，于混凝土內(nèi)部布置冷卻水管(多建議采取兩層式布置方案)。冷卻水管可優(yōu)先選擇直徑為 60.0mm 的薄壁鋼管，布置間距以1.0m 左右為宜，針對(duì)進(jìn)水口以及出水口位置而言，冷卻水管應(yīng)當(dāng)集中布置，以方便統(tǒng)一進(jìn)行管理。

表1　不同型號(hào)水泥水化熱檢測(cè)結(jié)果示意表

3.4科學(xué)選擇大體積混凝土澆筑厚度與澆筑溫度

在橋梁工程大體積混凝土施工中，澆筑環(huán)節(jié)建議采取分層式澆筑方案，通過分層澆筑的方式可通過層面散熱機(jī)制起到降低大體積混凝土溫度的目的，通過此種方式可有效降低混凝土溫度最高值以及內(nèi)外部溫度差異，對(duì)削弱約束機(jī)制也有確切效果。大體積混凝土分層澆筑的間歇期應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在 7d 以內(nèi)，上層混凝土施工時(shí)下層應(yīng)當(dāng)處于降溫階段，以滿足溫度控制方面的需求。同時(shí)，澆筑溫度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在 16.0℃范圍內(nèi)。

3.5大體積混凝土的裂縫檢查

大體積的混凝土出現(xiàn)裂縫是非常常見的，要想完全防治是有一定難度的，所以在施工的時(shí)候應(yīng)該將預(yù)防工作做好，對(duì)各項(xiàng)使用情況都了解清楚，設(shè)計(jì)好施工計(jì)劃。目前來(lái)看，施工人員在防治混凝土出現(xiàn)裂縫的系數(shù)還是不高，施工現(xiàn)場(chǎng)還有很多復(fù)雜的情況，這對(duì)防治裂縫措施的實(shí)施將帶來(lái)較大難度，所以還要將檢查工作和時(shí)候的處理工作給做好。

四、結(jié)語(yǔ)

大體積混凝土是目前混凝土施工中比較先進(jìn)的技術(shù)手段之一。隨著大體積混凝土技術(shù)在橋梁工程建設(shè)中的不斷應(yīng)用，使得橋梁工程的質(zhì)量水平以及性能均得到了非常顯著的提升，從而有效的滿足了大眾對(duì)道路交通的要求，更好確保橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量與性能達(dá)到理想狀態(tài)。

[1]孫長(zhǎng)龍.淺析橋梁工程中溫度裂縫的成因及防治對(duì)策[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)·工程研究與實(shí)踐，2014.

[2]謝欣.談橋梁工程中大體積混凝土的裂縫問題[J].黑龍江科技信息，2015.