陳策

浙江正方交通建設有限公司 浙江金華 321000

1 橋梁裂縫成因分析

1.1 內部水泥水化熱反應

混凝土在凝結過程中，以水泥為主的組成物與約20%的拌和水會發(fā)生水化熱反應，其中鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）和硅酸三鈣（3CaO·SiO3）為組成物中的主要水化放熱化合物，化學能轉化為大量熱能，形成粘結砂石材料的可塑性漿體，最后凝結硬化成為石狀體。在一定的環(huán)境溫度下，斷面厚、表面系數(shù)和導熱效率較低，使得大體積混凝土結構水化放熱速度顯著高于自發(fā)散熱速度，并形成由芯部至表面的溫度梯度，大溫差將產(chǎn)生較大的溫度應力，該應力受外部及外層混凝土約束[1]。

1.2 外界溫度變化

環(huán)境溫度隨時間呈周期性變化，且變溫幅度一般較大?；炷帘韺訙囟仁軆炔總鳠岬纫蛩赜绊?，其變化速率相對緩慢。當澆筑體表層與環(huán)境溫度溫差較大時，熱傳導速率增高，將加劇混凝土內外溫度梯度，加劇裂縫發(fā)育?；炷两Y構在試驗室絕熱、恒溫環(huán)境及現(xiàn)場施工環(huán)境下應力隨齡期的發(fā)展曲線如圖1所示。從圖1可以看出，溫差控制對降低混凝土受拉開裂風險影響顯著。

1.3 外部約束作用

在水化熱反應末期，混凝土由內至外開始逐漸導熱降溫，非水化熱反應水分散失，其疊加作用導致混凝土體積逐漸收縮。收縮趨勢受到原澆筑基礎等的外部約束作用（嵌固或摩擦），將會產(chǎn)生較大的局部拉應力。

1.4 混凝土收縮變形

在養(yǎng)護階段，混凝土若遭受風吹日曬，則會加劇毛細孔道失水，從而加劇混凝土收縮。同時，含水量的減少將導致后續(xù)硬化效率降低，而此時混凝土尚處于強度發(fā)展的初期，抗裂能力不強，從而易產(chǎn)生裂縫。相對低標號混凝土而言，高強混凝土水灰比較小，在水化反應中需消耗的內部水分較多，其收縮特性更為明顯。目前大跨度橋梁工程廣泛使用高強混凝土，因此更加需要關注收縮變形產(chǎn)生的混凝土裂縫[2]。

2 裂縫控制措施探討

大體積混凝土施工裂縫可從設計階段、前期施工階段、后期施工階段分別進行控制。

2.1 設計階段

①在構造方面，通過設置混凝土保護層防裂網(wǎng)、在結構中間部位增設水平鋼筋網(wǎng)以及適度加密構造鋼筋等措施，限制大體積混凝土易裂部位的收縮，提高其抗裂能力。②在配合比設計方面，首先可從水化反應散熱源頭出發(fā)，優(yōu)選膠凝材料及摻合料，降低水化熱總量或其反應速率，從而達到減小混凝土絕熱溫升、增強其抗收縮性能的目的。作為活性材料，粉煤灰有改善細骨料級配、減小泌水的作用。同時，其釋放的水化熱量（同等含量下）一般僅為水泥放熱量的5%-35%，并可一定程度上延緩前期水化反應速率，從而降低溫升速率和峰值溫度，減小早期自收縮。與粉煤灰相比，礦渣雖能有效緩釋早期水化熱反應，但其收縮性較大，在大體積混凝土配合比設計中不宜大摻量使用。其次，選用合適的外加劑，能在一定程度上發(fā)揮改善混凝土工作性能、控制水化反應速度或補償后期收縮的功效。膨脹劑水化生成的細微結晶產(chǎn)物可以填堵毛細孔，降低孔隙率，因此，在混凝土中摻入適量的膨脹劑，可使混凝土的強度和膨脹同步發(fā)生，協(xié)調發(fā)展，達到適宜的應力狀態(tài)，從而提高混凝土抗裂能力。但目前仍存在其作用期與混凝土溫度升降期不協(xié)調的情況，使得在大體積混凝土中，膨脹效能在早期溫升過程中被大量無效釋放，補償溫降收縮的實際能力有限。此外，膨脹材料基本不降低混凝土的溫升，仍需從混凝土水化放熱源頭開展研究，優(yōu)化并控制結構的溫度歷程。在混凝土中摻用減水劑可分散水泥，提升混凝土流動性。摻加緩凝劑可推遲初凝時間，降低水化速度且不影響后期強度，但在一定程度上會引起混凝土泌水和離析。再者，可應用鋼纖維和聚丙烯腈纖維等摻用技術。聚丙烯腈纖維可在混凝土中分散成單絲狀，從而形成內部約束，減少離析，并降低混凝土失水收縮率，有效提高混凝土的抗拉強度[3]。

2.2 前期施工階段

在正式澆筑前，宜對前輪施工完成的混凝土作3d以上的噴淋保濕處理，使混凝土充分吸水濕脹，從而達到減小對上節(jié)新澆混凝土收縮約束的目的。在不影響既有結構物受力特征的前提下，還可在澆筑體底部涂刷瀝青等材料，并鋪設油氈，以形成滑動面，減弱嵌固作用下基礎部位對硬化階段混凝土的約束程度。在控制入模溫度方面，應根據(jù)施工期間外界環(huán)境的溫度、濕度來確定相應的溫控措施，如低溫天氣下，原材料應保溫、防雨雪，拌和用水可提前利用鍋爐加熱再進行供應，泵管采用橡塑海綿等保溫材料包裹;高溫天氣下，應搭設遮陽棚遮蓋防曬，骨料堆應適當噴水降溫，拌和水可適當摻加冰塊，同時還應考慮泵送管道的沿程降溫，如在泵送管道外包纏土工布或麻袋等保水材料并持續(xù)灑水保濕等。單位水加冰量參考公式（1）計算。

式中：X-每噸水需加冰量（kg）；Tw0-加冰前水的溫度（℃）；Tw-加冰后水的溫度（℃）。在澆筑施工方面，宜選取環(huán)境溫度較為穩(wěn)定的夜間施工，水平均勻分層連續(xù)澆筑，并嚴格控制分層厚度，配合振搗密實，加速早期過量水化熱能向外界的均勻傳導。在高溫天氣下還應對模板進行遮陽及噴水霧降溫處理。若采用預埋冷卻水管調控新澆大體積混凝土的內部溫度，應根據(jù)溫升情況調整冷卻水流量，快速帶走熱量，削弱溫度峰值，并控制混凝土芯部與表面溫差。冷卻水與周圈混凝土溫差也應控制在一定范圍內，防止局部冷擊導致裂縫。在降溫階段，逐步降低冷卻水進水流量直至關閉，使大體積混凝土內部緩慢勻速降溫。

2.3 后期施工階段

①拆模前養(yǎng)護；混凝土澆筑完成后，在高溫環(huán)境下可采取通水噴淋養(yǎng)護方式，在低溫環(huán)境下可采用鋪設防風棉被養(yǎng)護方式，養(yǎng)護過程中不得干濕交替，避免反復收縮加劇裂縫發(fā)育。應避免持續(xù)日照曝曬，施工前根據(jù)水泥及外加劑類型或試驗結論，規(guī)劃拆模前后養(yǎng)護時間，現(xiàn)場還宜根據(jù)溫度、濕度監(jiān)控結果，合理判定，保證帶模養(yǎng)護時間，減緩混凝土表面溫度、濕度變化速率，使混凝土局部溫度應力恒低于抗拉強度。

②拆模后養(yǎng)護；拆模后應及時延續(xù)對混凝土表面進行控溫保濕，并可在大體積混凝土表面涂刷防護劑(如硅烷液體等)，在混凝土表面形成薄膜層，延緩水分流失。初凝前表面刮平、終凝前再適當抹面也可在一定程度上減少表層裂縫的生成。

3 結語

目前，大體積混凝土在大橋梁工程領域的應用越來越普遍，質量標準也日益提升，但限于混凝土自身特性和裂縫控制技術的欠缺，混凝土裂縫病害在許多工程項目中仍難以避免。因此應針對其內在機理，分階段制定抗裂質量控制措施。重點是從源頭出發(fā)，優(yōu)化混凝土材料組分設計。隨著新材料、新理念的不斷誕生，其研發(fā)應用前景廣闊。理論基礎的不斷加深拓寬、跨界工藝的不斷融合改良、工裝設備的不斷升級提效，將為大體積混凝土的施工質量奠定堅實的基礎。