淺談橋梁大體積混凝土裂縫形成原因及防治措施

摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展、橋梁工程技術(shù)的突飛猛進，大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來越廣泛。對混凝土裂縫形成原因進行了具體的分析，闡述了在大體積混凝土中避免產(chǎn)生裂縫的措施和方法，指出通過嚴格的質(zhì)量控制措施，采取有效的施工工藝，來預(yù)防及控制橋梁大體積混凝土裂縫的形成及發(fā)展。?

關(guān)鍵詞：橋梁施工；大體積混凝土；裂縫；施工質(zhì)量

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力和溫度變形

水泥在水化過程中產(chǎn)生了大量的熱量，因而使混凝土內(nèi)部溫度升高，當混凝土內(nèi)部與表面溫差過大時，就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫差越大，溫度應(yīng)力越大，當溫度應(yīng)力超過混凝土內(nèi)外約束力時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫?；炷羶?nèi)部溫度和水泥用量有關(guān)，同時與混凝土厚度有關(guān)，水泥量越大，混凝土越厚，內(nèi)部溫度就會越高。所以防止裂縫關(guān)鍵是控制表面與內(nèi)部的溫度差。

1.2 外界氣溫變化的影響

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工階段，外界氣溫的變化對裂縫的產(chǎn)生有著很大的關(guān)系?；炷羶?nèi)部的溫度是由澆筑溫度、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。外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度下降，特別是氣溫下降很快，會大大增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度，造成很大的溫度應(yīng)力，很容易使混凝土開裂。

1.3 混凝土收縮變形的影響

混凝土中的80%水分要蒸發(fā)，約20%的水分是水泥硬化所需要的，最初的30%的自由水分幾乎引起收縮，隨著混凝土在空氣中陸續(xù)干燥而使水分逸出，混凝土就會出現(xiàn)干燥收縮的現(xiàn)象?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自發(fā)變形受到外部約束時，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3種。在硬化初期主要是水泥水化凝固結(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。

1.4 內(nèi)外約束條件的影響

混凝土在早期溫度上升時，產(chǎn)生膨脹受到約束而形成壓應(yīng)力，溫度下降時產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，就會產(chǎn)生垂直裂縫?；炷羶?nèi)部由于水泥水化熱的原因，形成力中心溫度高，熱膨脹大，因而在其中部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。

1.5 由于施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

1）混凝土振搗不密實、不均勻，出現(xiàn)蜂窩、麻面，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其他荷載是引起裂縫的原因。

2）混凝土澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉實不足，硬化后沉實過大，容易在澆筑數(shù)小時后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。

3）混凝土保護層過厚，已綁扎的上層鋼筋不符合要求，使承受負彎矩的受力筋保護層加厚，導(dǎo)致構(gòu)件的有效高度減小，形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

4）用泵送混凝土施工時，為保證混凝土的流動性，增加水和水泥用量，或者因為其他原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，使得混凝土體積上出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

5）混凝土早期受凍，使構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，或局部剝落，或脫模后出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

6）施工時拆模過早，混凝土強度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

7）施工時模板剛度不足，在澆筑混凝土時，由于側(cè)向壓力的作用使得模板變形，產(chǎn)生與模板變形一致的裂縫。

2 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施

2.1 優(yōu)化配合比設(shè)計

1）大體積混凝土因水泥水化熱的大量積聚，容易使混凝土內(nèi)外形成較大的溫差，而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，因此原材料的選用很重要。a.水泥：由于水泥的用量直接影響著水化熱的多少及混凝土溫升，大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥等，以降低水泥水化所產(chǎn)生的熱量，盡可能減少水泥用量；b. 細骨料：宜采用中砂，因為使用中砂可減少水及水泥的用量；c.粗骨料：在可泵送情況下，選用粒徑5mm～20mm連續(xù)級配石子，以減少混凝土收縮變形；d.含泥量：在大體積混凝土中，粗細骨料的含泥量是要害問題，若骨料中含泥量偏多，不僅增加了混凝土的收縮變形，又嚴重降低了混凝土的抗拉強度，對抗裂的危害性很大。因此，骨料必須現(xiàn)場取樣實測，石子的含泥量控制在1%以內(nèi)，砂的含泥量控制在2% 以內(nèi)；e.摻合料：根據(jù)實際情況選擇添加粉煤灰技術(shù)。在混凝土中摻用的粉煤灰不僅能夠節(jié)約水泥，降低水化熱，增加混凝土和易性，而且能夠大幅度提高混凝土后期強度；f.選用合適的緩凝、減水等外加劑。采用減水劑，以改善混凝土的性能，加入外加劑后，可延長混凝土的凝結(jié)時間。

2）對原材料都應(yīng)進行嚴格的抽樣檢驗。對混凝土配合比應(yīng)進行對比試驗，在高溫下或雨后施工對砂、碎石應(yīng)進行含水量實驗，及時調(diào)整施工配合比，確保混凝土的施工質(zhì)量。

2.2 溫度控制措施以及施工的現(xiàn)場控制

1）混凝土澆筑方案。根據(jù)實際情況采用分層澆筑混凝土，利用澆筑面散熱，以大大減少施工中出現(xiàn)裂縫的可能性，采用延緩溫差梯度與降溫梯度的措施，在澆筑前經(jīng)詳細計算安排分塊、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間；控制混凝土入模溫度并加強振搗，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，保證振搗密實，嚴防漏振及過振，確?；炷辆鶆蛎軐?，控制好混凝土的坍落度。

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

3）澆筑過程布置冷卻水管。采用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，控制冷卻水管進水流量及溫度。

2.3 非結(jié)構(gòu)性裂縫防止措施

防止塑性沉降裂縫的措施有基礎(chǔ)處理、支架搭設(shè)進行科學設(shè)計、嚴格施工，必須對支架進行全面積預(yù)壓以消除非彈性變形的影響；混凝土中加減水劑減少混凝土泌水，確?；炷帘Ｗo層厚度，混凝土施工時要進行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強早期混凝土養(yǎng)護以降低混凝土中水分蒸發(fā)速率。方法是結(jié)構(gòu)外露面覆蓋麻袋等澆水濕治養(yǎng)護。防止溫差裂縫的措施有合理安排混凝土澆筑順序及澆筑速度，在混凝土澆筑的過程中消除部分溫差。夏季施工時骨料要灑水降溫，冬季施工時混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。

2.4 混凝土的養(yǎng)護措施

養(yǎng)護是大體積混凝土施工的一項十分關(guān)鍵的工作，養(yǎng)護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，促進混凝土強度的正常增長以及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的實際情況，應(yīng)盡可能多養(yǎng)護一段時間，拆模后應(yīng)立即回填或覆蓋保護，同時預(yù)防冷氣候影響，以控制混凝土內(nèi)外溫差，防止早期和中期裂縫。混凝土的養(yǎng)護，不僅要滿足強度增長需要，還應(yīng)通過人工控制，防止因溫度變形引起混凝土開裂。