橋梁工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及對(duì)策分析

萬永利

1 大體積混凝土的定義

大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于1㎡以上的混凝土結(jié)構(gòu)，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開展的混凝土結(jié)構(gòu)。其實(shí)質(zhì)是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內(nèi)部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內(nèi)外溫差過大，其所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能會(huì)使混凝土開裂。

2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因

2.1 沉縮裂縫

混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實(shí)，沉實(shí)不足，或者骨料下沉，表層浮漿過多，且表面覆蓋不及時(shí)，受風(fēng)吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，混凝土早期強(qiáng)度又低，不能抵抗這種變形而導(dǎo)致開裂。

2.2 溫度裂縫

2.2.1水泥水化熱引起的裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)在硬化期間水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大，混凝土內(nèi)部膨脹高于外部，此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應(yīng)力，而混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低，因而出現(xiàn)裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整。

2.2.2氣溫變化引起的裂縫

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫的變化對(duì)大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也就會(huì)越高；如果外界溫度降低，則又會(huì)增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度下降過快，會(huì)造成很大的溫度應(yīng)力，極易引發(fā)混凝土的開裂。

2.3 結(jié)構(gòu)約束引起的裂縫

結(jié)構(gòu)受到外界的約束時(shí)易引起裂縫。當(dāng)大體積混凝土澆筑在約束地基上時(shí)，又沒有采取特殊措施降低，放松或取消約束，導(dǎo)致其對(duì)溫度產(chǎn)生變形的限制，易發(fā)生深進(jìn)裂縫，直至貫穿的溫度裂縫。

2.4 混凝土的收縮

混凝土在空氣中硬結(jié)時(shí)體積減小的現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬η闆r下的這種自發(fā)變形，受到外部約束時(shí)（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。

3 大體積混凝土裂縫的控制對(duì)策

3.1 大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)原材料的選用

3.1.1水泥

大體積混凝土原則上采用水化熱低的水泥，以避免早期溫度應(yīng)力導(dǎo)致的混凝士裂縫。水泥礦物組成中C含量要低，水泥細(xì)度不宜太細(xì)。因?yàn)?，C含量越高，水化放熱速率越快，水泥越細(xì)，收縮越大。

3.1.2骨料

對(duì)骨料的含泥量要嚴(yán)格控制，要求砂含泥量小于3%，石子含泥量<1%。石子級(jí)配要良好，在大體積混凝土中宜使用粗砂或中砂。

3.1.3礦物摻和料

粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥，7天約為水泥的l/3，28天約為水泥的l/2，因此摻加粉煤灰減小水泥用最可有效降低水化熱。摻加的粉煤灰要需水性小，滿足二級(jí)或二級(jí)以上的質(zhì)量要求。

3.1.4外加劑

大體積混凝土，采用緩凝型減水劑，主要目的在于延緩水泥水化放熱速度，推遲熱峰出現(xiàn)的時(shí)間，降低最高溫峰值并減少總的發(fā)熱量，以減少混凝士因溫差而引起的裂縫。延緩混凝土的凝結(jié)時(shí)間，也有利于在澆筑大體積混凝土?xí)r不致形成施工冷接縫。

3.2 溫控措施及施工現(xiàn)場(chǎng)控制

3.2.1溫度預(yù)測(cè)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方案，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)混凝土施工期溫度場(chǎng)及溫差進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，提供結(jié)構(gòu)沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)及進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)優(yōu)化選擇。

3.2.2混凝土澆筑方案

采用延緩溫差梯度與降溫梯度的措施，在澆筑前經(jīng)詳細(xì)計(jì)算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度及前后澆筑的搭接時(shí)間；控制混凝土入模溫度并加強(qiáng)振搗。嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，保證振搗密實(shí)，嚴(yán)防漏振及過振。確保混凝土均勻密實(shí)；做好現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)、組織管理，要有充足的人力、物力，保證施工按計(jì)劃順利進(jìn)行，保證混凝土供應(yīng)，確保不留冷縫；澆筑后對(duì)大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理（一般澆筑后3～4h內(nèi)初步用水長刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓兩遍，再用木抹予搓平壓實(shí)）以控制表面龜裂；混凝土澆灌完及拆模后，立即采取有效的保溫措施并按規(guī)定覆蓋養(yǎng)護(hù)。

3.2.3混凝土溫度監(jiān)測(cè)

在混凝土內(nèi)部及外部設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，并且設(shè)置保溫材料溫度測(cè)點(diǎn)及養(yǎng)護(hù)水溫度測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析，每一測(cè)點(diǎn)的溫度值及各測(cè)位中心測(cè)點(diǎn)與表層測(cè)點(diǎn)的溫差值，作為研究調(diào)整控溫措施的依據(jù)，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

3.2.4溫度應(yīng)力檢測(cè)

為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測(cè)，應(yīng)變計(jì)沿水平方向布置，檢測(cè)水平向應(yīng)力分量。

3.2.5通水冷卻

采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設(shè)冷卻水管，冷卻水管使用前進(jìn)行試水，防止管道漏水、阻塞，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)，控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。

4 防裂措施展望

4.1 采用不同型號(hào)的混凝土

大體積混凝土上層采用早強(qiáng)水泥下層采用普通水泥，這樣，在內(nèi)部混凝土水化熱未釋放之前達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度，從而防止混凝土開裂。

4.2 吸收溫度的儀器

研究一種能吸收水化熱的儀器，當(dāng)水化熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量時(shí)，它便開始有反應(yīng)，就像人需要氧氣一樣。如冰箱的制冷裝置、冰棒。同時(shí)，還不影響結(jié)構(gòu)的受力。

5 結(jié)語

大體積混凝土的裂縫是混凝士結(jié)構(gòu)工程中比較常見的現(xiàn)象。大體積混凝土的裂縫控制是一項(xiàng)比較復(fù)雜的施工技術(shù)，要有效控制混凝土的裂縫，必須從原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工過程以及養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。