關(guān)鍵詞：橋梁工程 ; 大體積混凝土 ; 裂縫原因; 裂縫控制

　　Abstract: Modern bridges often involved in mass concrete construction, because of its large volume, small surface hydration heat release is relatively concentrated, the internal temperature is relatively fast, cause the concrete to produce a temperature crack when the concrete temperature difference between inside and outside, it affect the structural safety and normal use, so it must be a fundamental analysis of it, to ensure the quality of construction.

　　Key words: bridge engineering; of mass concrete; Cracks; crack control

　　中圖分類號： TV544+.91 文獻標識碼：A 文章編號：

　　我國普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物中實體最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即為大體積混凝土;美國則規(guī)定為：任何現(xiàn)澆混凝土，只要有可能產(chǎn)生溫度影響的混凝土均稱為大體積混凝土。

　　目前，國內(nèi)外對溫度荷載引起得有關(guān)裂縫的研究尚不充分。據(jù)資料顯示，對于大體積混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力與裂縫控制也多集中在水利工程中的大壩。而對于橋梁中大體積混凝土的裂縫的研究并未得到足夠的重視。本文將對此進行分析，探討裂縫出現(xiàn)的原因及控制措施。

　　一、大體積混凝土的裂縫

　　大體積混凝土內(nèi)出現(xiàn)的裂縫按深度的不同，分為貫通裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫通裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫通裂縫。它切斷了結(jié)構(gòu)的斷面，可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是較嚴重的;而深層裂縫部分地切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性;表面裂縫一般危害性較小。

　　但出現(xiàn)裂縫并不是絕對地影響結(jié)構(gòu)安全，它都有一個最大允許值。處于露天環(huán)境的構(gòu)件最大裂縫寬度≤0.2mm。對于橋梁基礎(chǔ)，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1～0.2mm時，雖然早期有輕微滲水，但經(jīng)過一段時間后，裂縫可以自愈。如超過0.2～0.3mm，則滲漏水量將隨著裂縫寬度的增加而迅速加大。所以，在基礎(chǔ)工程中應(yīng)盡量避免超過0.3mm貫通全斷面的裂縫。如出現(xiàn)這種裂縫，將大大影響結(jié)構(gòu)的使用，必須進行化學(xué)灌漿加固處理。

　　二、產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常具有以下特點：混凝土是脆性材料，抗拉強度只有抗壓強度的10%左右。大體積混凝土的斷面尺寸較大，由于水泥的水化熱會使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升;以及在以后的降溫過程中，在一定的約束條件下會產(chǎn)生相當大的拉應(yīng)力。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中通常只在表面配置少量鋼筋，或者不配鋼筋。因此，拉應(yīng)力要由混凝土本身來承擔。

　　1、水泥水化熱

　　水泥在水化過程中要釋放出大量的熱量，且主要集中在澆筑后的7d左右，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，如果以水泥用量350Kg/m3～550 Kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500KJ～27500KJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)斷面較厚，表面系數(shù)相對較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，這種現(xiàn)象更加嚴重。這樣混凝土內(nèi)部的水化熱無法及時散發(fā)出去，混凝土中心溫度很高，就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。

　　2、外界氣溫變化

　　大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，它的澆筑溫度隨著外界氣溫變化而變化。外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的溫升和結(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，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內(nèi)部的最高溫度一般可達60～65℃，并且有較長的延續(xù)時間。如果外界溫度降低則又會增加大體積混凝土的內(nèi)外溫度梯度。如果外界溫度的下降過快，會大大增加內(nèi)外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。溫度應(yīng)力是由于溫差引起溫度變形造成的，溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。因此，應(yīng)采取溫度控制措施，防止混凝土內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力。

　　3、混凝土的收縮

　　混凝土在不受外力的情況下會產(chǎn)生自發(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等三種。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固結(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。混凝土中約20%的水分是水泥硬化所必須的，而約80%的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會引起混凝土體積的收縮。混凝土收縮的主要原因是內(nèi)部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。

　　三、大體積混凝土裂縫的控制

　　1、大體積混凝土的配制

　　1.1 水泥的選用

　　大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量。于是，我們對于橋梁中的大體積混凝土應(yīng)該選擇低熱或者中熱的水泥品種。而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內(nèi)礦物成分的不同。因此我們在大體積混凝土施工中應(yīng)盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥。應(yīng)該充分利用混凝土的后期強度，以減少水泥的用量。

　　1.2 摻加外加料和外加劑

　　在大體積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實度，提高抗?jié)B能力，改善混凝土的工作度，降低最終收縮值，減少水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內(nèi)部溫升，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。

　　外加劑：UFA膨脹劑，它可以等量替換水泥。并且是混凝土產(chǎn)生適度的膨脹。一方面保證混凝土的密實度，另一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以抵消混凝土中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。減水緩凝劑，并應(yīng)保證一定的坍落度。這樣可以延緩水化熱的峰值期并改善混凝土的和易性，降低水灰比以達到減少水化熱的目的。

　　1.3 大體積混凝土的骨料控制

　　在骨料的選擇上應(yīng)該選取粒徑大強度高級配好的骨料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了混凝土裂縫的開展。粗骨料宜采用連續(xù)級配，細骨料宜采用中砂。

　　1.4 優(yōu)化大體積混凝土的設(shè)計

　　雖然大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，我們還是可以在裂縫易發(fā)生部位如孔洞周圍以及轉(zhuǎn)角處布置一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土承擔拉應(yīng)力，這樣可以有效的控制裂縫的發(fā)展。

　　2、大體積混凝土的施工

　　混凝土施工包括混凝土的生產(chǎn)、運輸、澆筑和溫度及表面保護，是保護大體積混凝土溫度裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而熱應(yīng)力的控制手段主要是控制混凝土的內(nèi)外溫差△T：

　　△T=Tp+Tr-Tf

　　式中：Tp —起始澆筑溫度;Tr —水泥水化溫升;Tf—天然或人工冷卻后澆筑塊的穩(wěn)定溫度。

　　2.1大體積混凝土的澆筑方法

　　澆筑方案，除應(yīng)滿足每一處混凝土在初凝以前就被上一層新混凝土覆蓋并搗實完畢外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)大小、鋼筋疏密、預(yù)埋管道和地腳螺栓的留設(shè)、混凝土供應(yīng)情況以及水化熱等因素的影響，常采用的方法有以下幾種：

　　2.1.1、全面分層：

　　即在第一層全面澆筑全部澆筑完畢后，再回頭澆筑第二層，此時應(yīng)使第一層混凝土還未初凝，如此逐層連續(xù)澆筑，直至完工為止。

　　2.1.2、分段分層：

　　混凝土澆筑時，先從底層開始，澆筑至一定距離后澆筑第二層，如此依次向前澆筑其他各層。由于總的層數(shù)較多，所以澆筑到頂后，第一層末端的混凝土還未初凝，又可以從第二段依次分層澆筑。

　　2.1.3、斜面分層：

　　要求斜面的坡度不大于1/3，適用于結(jié)構(gòu)的長度大大超過厚度3倍的情況。混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。

　　四、大體積混凝土養(yǎng)護時的溫度控制

　　養(yǎng)護是大體積混凝土施工中一項十分關(guān)鍵的工作。養(yǎng)護主要是保持適宜的溫度和濕度，以便控制混凝土內(nèi)表溫差，促進混凝土強度的正常發(fā)展及防止混凝土裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的具體情況，應(yīng)盡可能多養(yǎng)護一段時間，拆模后應(yīng)立即回土或覆蓋保護，同時預(yù)防近期驟冷氣候影響，以控制內(nèi)表溫差，防止混凝土早期和中期裂縫。

　　在混凝土養(yǎng)護階段的溫度控制應(yīng)遵循以下幾點：

　　1.混凝土的中心溫度與表面溫度之間、混凝土表面溫度與室外最低氣溫之間的差值均應(yīng)小于20℃;當結(jié)構(gòu)混凝土具有足夠的抗裂能力時，不大于25℃～30℃。

　　2.混凝土拆模時，混凝土的溫差不超過20℃。其溫差應(yīng)包括表面溫度、中心溫度和外界氣溫之間的溫差。

　　3.采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法是在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管，通入冷卻水，降低混凝土內(nèi)部最高溫度。

　　4.保溫法是在結(jié)構(gòu)外露的混凝土表面以及模板外側(cè)覆蓋保溫材料，在緩慢的散熱過程中，使混凝土獲得必要的強度，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃。

　　5.混凝土表層布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)片，防止混凝土收縮時產(chǎn)生干裂。

　　五、大體積混凝土的裂縫檢查與處理

　　對于混凝土裂縫，應(yīng)以預(yù)防為主，為此需要精心設(shè)計、施工，但是由于目前采用的防止裂縫的安全系數(shù)較小，而實際情況有復(fù)雜多變，所以實際工程中還是難免出現(xiàn)一些裂縫。大體積混凝土的裂縫分為三種：表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫。對于表面裂縫因為其對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全基本沒有影響，一般不作處理。對深層裂縫和貫穿裂縫可以采取鑿除裂縫，可以用風鎬、風鉆或人工將裂縫鑿除，至看不見裂縫為止，鑿槽斷面為梯形再在上面澆筑混凝土。在處理較深的裂縫時，一般是在混凝土已充分冷卻后，在裂縫上鋪設(shè)1～2層的鋼筋后再繼續(xù)澆筑新混凝土。對比較嚴重的裂縫可以采取水泥灌漿和化學(xué)灌漿。水泥灌漿適用于裂縫寬度在0.5mm以上時，對于裂縫寬度小于0.5mm時應(yīng)采取化學(xué)灌漿。

　　六、結(jié)論

　　綜上所述，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)與措施直接關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，若不能很好的了解大體積混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因以及掌握應(yīng)對此類問題所采取的相應(yīng)施工措施，那么實際生產(chǎn)當中就很難保證施工質(zhì)量。但是大量的科學(xué)研究以及成功的工程實例都表明：只要我們在設(shè)計、施工工藝、材料選擇以及后期的養(yǎng)護過程中能夠充分考慮的各種因素的影響，還是完全可以避免危害結(jié)構(gòu)的裂縫的產(chǎn)生。以上是就是我對大體積混凝土施工技術(shù)的一些拙見，希望能對工程建設(shè)起到一些積極的作用，使得在大體積混凝土澆筑中出現(xiàn)的開裂問題能夠進一步的解決。

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