淺談橋梁大體積混凝土裂縫形成原因及防治措施

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摘 要： 近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、橋梁工程技術(shù)的突飛猛進(jìn)， 大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)混凝土裂縫形成原因進(jìn)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(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施， 采取有效的施工工藝，來(lái)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(guò)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(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。溫差越大，溫度應(yīng)力越大，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)外約束力時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫?；炷羶?nèi)部溫度和水泥用量有關(guān)，同時(shí)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(huì)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(duì)裂縫的產(chǎn)生有著很大的關(guān)系。混凝土內(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(huì)愈高；如果外界溫度下降，特別是氣溫下降很快，會(huì)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(kāi)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(huì)出現(xiàn)干燥收縮的現(xiàn)象。混凝土在不受外力的情況下的這種自發(fā)變形受到外部約束時(shí)，將在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開(kāi)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(guò)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(shí)，產(chǎn)生膨脹受到約束而形成壓應(yīng)力，溫度下降時(shí)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)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(shí)、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(guò)快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過(guò)大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，即塑性收縮裂縫。

3）混凝土保護(hù)層過(guò)厚，已綁扎的上層鋼筋不符合要求，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)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(shí)，為保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或者因?yàn)槠渌蚣哟罅怂冶龋瑢?dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)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(shí)拆模過(guò)早，混凝土強(qiáng)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(shí)模板剛度不足，在澆筑混凝土?xí)r，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(jì)

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(xì)骨料：宜采用中砂，因?yàn)槭褂弥猩翱蓽p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(jí)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(xì)骨料的含泥量是要害問(wèn)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(yán)重降低了混凝土的抗拉強(qiáng)度，對(duì)抗裂的危害性很大。因此，骨料必須現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)測(cè)，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(shí)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(qiáng)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(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間。

2）對(duì)原材料都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的抽樣檢驗(yàn)。對(duì)混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在高溫下或雨后施工對(duì)砂、碎石應(yīng)進(jìn)行含水量實(shí)驗(yàn)， 及時(shí)調(diào)整施工配合比，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

2.2 溫度控制措施以及施工的現(xiàn)場(chǎng)控制

1）混凝土澆筑方案。根據(jù)實(shí)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(xì)計(jì)算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(zhǎng)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(guò)振，確?；炷辆鶆蛎軐?shí)，控制好混凝土的坍落度。

2）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）澆筑過(guò)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(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。

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(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格施工， 必須對(duì)支架進(jìn)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(hù)層厚度，混凝土施工時(shí)要進(jìn)行二次抹面。防止塑性收縮裂縫的措施有加強(qiáng)早期混凝土養(yǎng)護(hù)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(hù)。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(guò)程中消除部分溫差。夏季施工時(shí)骨料要灑水降溫， 冬季施工時(shí)混凝土表面應(yīng)覆蓋保溫。

2.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)措施

養(yǎng)護(hù)是大體積混凝土施工的一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作，養(yǎng)護(hù)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(jìn)混凝土強(qiáng)度的正常增長(zhǎng)以及防止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。根據(jù)工程的實(shí)際情況，應(yīng)盡可能多養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，拆模后應(yīng)立即回填或覆蓋保護(hù)，同時(shí)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(hù)，不僅要滿足強(qiáng)度增長(zhǎng)需要，還應(yīng)通過(guò)人工控制，防止因溫度變形引起混凝土開(kāi)裂。