毛壽紅

摘 要

結(jié)合工程實(shí)例，對橋梁大體積混凝土裂縫出現(xiàn)原因進(jìn)行總結(jié)，包括水泥水化熱的影響、荷載作用產(chǎn)生的裂縫、其他因素的影響等，提出了減少大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的措施，需要加強(qiáng)材料質(zhì)量控制、提高施工現(xiàn)場溫度測控力度及大體積混凝土澆筑時(shí)間控制，更好地確保橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土的施工質(zhì)量，提升工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，促進(jìn)我國橋梁工程可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞

橋梁大體積混凝土;裂縫原因;控制措施

中圖分類號： TU755.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 59

Abstract

Combined with engineering examples， the causes of large-scale concrete cracks in bridges are summarized， including the effects of heat of cement hydration， cracks caused by load， and other factors. The measures to reduce large-scale concrete cracks need to be strengthened. Material quality control， increase the temperature measurement and control of the construction site and control of the mass concrete pouring time， better ensure the quality of the mass of the bridge foundation mass concrete， improve the economic and social benefits of the project， and promote the sustainable development of bridge engineering in China.

Key words

Bridge mass concrete; Crack cause; Control measures

隨著交通基礎(chǔ)建設(shè)的進(jìn)一步擴(kuò)大，大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多，如墩柱、蓋梁、承臺、橋臺等。隨之帶來的裂縫問題引起了越來越多的工程技術(shù)人員的關(guān)注。裂縫的出現(xiàn)，不僅影響橋梁的美觀，而且使橋梁整體抗壓能力降低，因此采取有效措施將大體積混凝土裂縫問題控制在可承受范圍之內(nèi)意義重大。本文對裂縫出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析總結(jié)，并提出了大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施。

1 工程概況

某橋梁工程位于甘肅省境內(nèi)，從整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)來說，由于整個(gè)結(jié)構(gòu)自重較大，且地基會承受較大的上部荷載，為了更好地滿足設(shè)計(jì)承載力的要求，一般其設(shè)計(jì)的界面尺寸都比較大。本工程為某橋梁基礎(chǔ)工程，基礎(chǔ)尺寸為：53.8m×52.8m×2.5m，屬于大體積混凝土。為保證工期，橋梁基礎(chǔ)一次澆筑，不設(shè)置后澆帶。由于混凝土一次性的澆筑量非常大，導(dǎo)致了在短時(shí)間內(nèi)混凝土內(nèi)部積聚了大量的水化熱量，使得整個(gè)內(nèi)外部結(jié)構(gòu)中的溫度梯度變化較大，內(nèi)部產(chǎn)生了非線性收縮變形。如果在橋梁基礎(chǔ)邊界受到限制的情況之下，變形就很難被釋放，在內(nèi)部就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力超過了混凝土的極限抗拉強(qiáng)度的時(shí)候，混凝土就會出現(xiàn)裂縫，并且隨著混凝土的水化，裂縫會逐漸變大，對于整個(gè)橋梁基礎(chǔ)工程的工程質(zhì)量和耐久性都會產(chǎn)生較大的影響。所以說，采取合理的方法能有效降低橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土的內(nèi)外溫差變化，并且對裂縫進(jìn)行有效控制是非常必要的。

2 橋梁大體積混凝土裂縫出現(xiàn)原因

2.1 水泥水化熱的影響

大體積混凝土澆筑完畢后，由于水泥水化熱作用所放出的熱量使混凝土內(nèi)部溫度逐漸升高（可達(dá)70℃左右，甚至更高），因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面散熱條件不同，大體積混凝土內(nèi)部溫度不易散出，從而由中心向外形成溫度梯度，內(nèi)外溫差變形不同，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。一旦拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，從而不利于構(gòu)件的工作。

2.2 荷載作用產(chǎn)生的裂縫

混凝土橋梁裂縫主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指荷載引起的直接應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫，主要原因有：大體積混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算不合理;結(jié)構(gòu)實(shí)際受力與設(shè)計(jì)假設(shè)不符;施工過程中擅自更改結(jié)構(gòu)的施工順序;施工荷載超出預(yù)期。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力下所產(chǎn)生的裂縫，主要原因有：由于橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要開洞、鑿槽等，設(shè)計(jì)計(jì)算難以用準(zhǔn)確的圖示進(jìn)行模擬計(jì)算;設(shè)計(jì)外荷載與實(shí)際外荷載與出入。

2.3 其他因素的影響

溫度降低在0℃以下時(shí)，混凝土飽和之后就會出現(xiàn)冰凍現(xiàn)象，將混凝土中游離的水分凝結(jié)成冰，混凝土中膨脹力加大，在構(gòu)件表面出現(xiàn)沿主筋和箍筋方向?qū)捳煌牧芽p。沉降裂縫，主要原因有地基產(chǎn)生不均勻沉降導(dǎo)致模板支撐不穩(wěn);模板支撐底部松動;混凝土澆筑振搗過程中，塊狀材料下沉，泥漿類材料上浮等。

3 減少大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的措施

3.1 材料質(zhì)量控制

混凝土出現(xiàn)裂縫主要原因就是混凝土水泥水化過程釋放大量熱量，使混凝土內(nèi)外受力不同產(chǎn)生裂縫，所以在選材的時(shí)候，應(yīng)該優(yōu)先選擇水化熱較小的水泥，例如：中熱硅酸鹽水泥。大體積混凝土配料要添加一定量的粉煤灰，粉煤灰能降低水泥水化熱，提高和易性，增強(qiáng)抗?jié)B能力，而且還能降低水泥的用量，極大地提高混凝土強(qiáng)度，所以大體積混凝土要添加一定量的粉煤灰。粗骨料優(yōu)先選用5mm-20mm粒徑的連續(xù)級配石子，細(xì)骨料優(yōu)先選用中砂，這樣的骨料空隙較小，能夠減少水泥的使用量，產(chǎn)生的水化熱較小，減少干縮，能夠控制混凝土裂縫的出現(xiàn)。

3.2 施工現(xiàn)場控制

3.2.1 溫度測控

對不同區(qū)域的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且還需要和周圍的環(huán)境溫度進(jìn)行一并監(jiān)控，具體包括各個(gè)橋梁基礎(chǔ)的表面、中間以及底部位置都需要預(yù)埋一組PN結(jié)溫度傳感器，通過傳感器進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。主要采用溫度測量設(shè)備為XMZ-102型數(shù)顯溫度控制儀，并且對混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且根據(jù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)和溫控的指示來對冷卻水的速度和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。使得混凝土內(nèi)外溫差不超過在25℃。

大體積混凝土施工時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)混凝土地內(nèi)外溫差的監(jiān)測，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對混凝土施工期溫差進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬動態(tài)監(jiān)測，記錄混凝土結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度變化，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差超過規(guī)范要求（設(shè)計(jì)無要求時(shí)，溫差不宜超過25℃），采取措施提高混凝土外部溫度。同時(shí)最好選在春秋季進(jìn)行大體積混凝土施工，澆筑過程中，加強(qiáng)通風(fēng)，盡量避免在太陽下直接暴曬。

3.2.2 控制大體積混凝土澆筑時(shí)間

澆筑振搗時(shí)，根據(jù)不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時(shí)間，避免過振或漏振。薄層澆搗均勻上升，以利于散熱，同時(shí)把握好混凝土流淌的最近和最遠(yuǎn)點(diǎn)等邊緣部位。高頻振搗棒應(yīng)盡量垂直插入，快插慢拔，均勻布置。應(yīng)采取二次振搗、二次抹面技術(shù)，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

3.2.3 橋梁大體積混凝土的溫度變化分析

根據(jù)實(shí)際監(jiān)控的結(jié)果以及相關(guān)的理論分析，橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土澆筑按照內(nèi)外溫差的變化的趨勢主要可以分為升溫、降溫以及穩(wěn)定三個(gè)不同的階段，在混凝土剛剛澆筑完成之后，內(nèi)部的水泥水化在很短的時(shí)間之內(nèi)完成，并且隨著澆筑時(shí)間的延續(xù)，整個(gè)澆筑的溫度降低逐漸的趨于穩(wěn)定。并且由于混凝土本身的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，很容易導(dǎo)致中心區(qū)域的熱量形成積聚，所以，在前期的時(shí)候需要通過加壓來對內(nèi)部的溫度進(jìn)行有效地降低，保證內(nèi)部熱量的釋放。在混凝土降溫時(shí)期，部分區(qū)域混凝土存在溫度梯度，需要采取有效方法減少因結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在溫度梯度而產(chǎn)生的應(yīng)力。當(dāng)環(huán)境溫度在30℃左右時(shí)，對基礎(chǔ)表面采取覆蓋土工布、塑料薄膜等方式養(yǎng)護(hù)，側(cè)面采用薄膜包裹保濕及加強(qiáng)覆蓋抗風(fēng)等措施，減少表面熱量的散失。

4 結(jié)語

綜上所述，針對橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土的施工裂縫控制是保證橋梁基礎(chǔ)施工質(zhì)量的關(guān)鍵，也是工程質(zhì)量控制當(dāng)中非常重要的問題。從整個(gè)大體積混凝土裂縫形成的原因來看，不同的工程項(xiàng)目原因可能不盡相同，但是從目前的裂縫控制技術(shù)來看，大體積混凝土裂縫的控制主要可以從三個(gè)方面著手，分別是溫度控制、混凝土澆筑時(shí)間控制，材料質(zhì)量控制等，在施工的過程中借助于合理方法有效降低大體積混凝土內(nèi)外溫差，減小混凝土裂縫的產(chǎn)生。此外，需要堅(jiān)強(qiáng)對混凝土施工材料的質(zhì)量控制，提高橋梁工程的整體穩(wěn)定性，促進(jìn)我國橋梁工程的優(yōu)化與發(fā)展。

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