浅谈大体积混凝土裂缝的控制

侯世杰

山东省青岛市中铁二十局集团第四工程有限公司（266000）

1 工程概况

牛角田特大桥位于广西省博白县东平镇境内，全长747.71 m，孔跨布置为2～24m+21～32 m后张法预应力简支T梁。本桥跨越山谷、南流江支流而设，线路于DK71+844.2-DK71+905.7处跨越南流江支流，河道主槽宽26 m。谷底到铁路轨面高有28.87m,其中11#墩最大墩高为29.75m，混凝土体积最大为398.64m3。

2 现状分析

首先，在玉铁铁路混凝土施工过程中，常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。而我们遇到的主要是凝结硬化过程中的温度裂缝，因此在这里仅对混凝土硬化过程中宏观裂缝的成因和控制措施。

3 裂缝产生的原因

混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。

4 温度应力的分析

根据多年在施工现场大体积混凝土温度测量得知，根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:

1）早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30 d。特别是前1～5 d放热最多，核心温度将达到70℃左右。这个阶段的两个特征:①水泥放出大量的水化热；②混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。

2）中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。

3）晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。

根据温度应力引起的原因可分为两类:

1）自生应力:边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。

2）约束应力:结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。

这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作的,在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，具体计算如下:

混凝土浇筑前裂缝控制施工计算:

1）综合数据确定

①混凝土配合比

混凝土设计强度等级为C30，配合比水:水泥:粉煤灰:外=153:224:51:31。

②基本数据取定与计算

水泥水化热:Q=377 J/kg；

混凝土比热:C=0.96 J/kg·K；

混凝土质量密度:ρ=2400 kg/m3。

2）混凝土内部最高温度的估算

因为混凝土一般在2～5天水化热温度达到最高，在温度上升阶段,混凝土的弹性模量较低,约束应力较小,故不必考虑其温度上升阶段的裂缝问题。混凝土内外温差应力只与混凝土中心与表面的温差值有关，该温差值应符合规范温差要求：混凝土内外温差不大于25℃。故计算保温层和实际施工时，按25℃温差值控制。计算如下:

入模温度考虑28℃时,最高温升值为28+40.8=68.8℃，达到最大温升值时,混凝土表面的最低允许温度为:43.8℃。

同理计算，Tmax=55.7℃,最高温升值为83.5℃，达到最大温升值时,混凝土表面的最低允许温度为:58.7℃。

4 温度的控制和防止裂缝的措施

控制温度的措施如下:

1）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。

2）夏天或者天气气温高时浇筑混凝土时减少浇筑厚度,最少控制每层浇筑厚度在20 cm以内，利用浇筑层面散热。

3）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度。

此外，改善混凝土的性能，提高抗裂能力，加强养护，防止表面干缩，特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要，因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂。

5 混凝土的早期养护

施工实践中证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝，因此说在施工中混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

从温度应力观点出发,保温应达到下述要求:1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度，防止表面裂缝。2）防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。3）防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

施工中混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温度、湿度条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以达到设计的强度和抗裂能力。

适宜的温度、湿度条件是相互关联的。混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。

6 结语

通过对大体积混凝土施工过程的控制和工艺的改进，我项目在保证工期的情况下保证了施工质量。2011年2月～2011年5月完成的墩台身统计数据表明：减少返工时间31 h，缩短工期4 d，效果相当显著。

参考资料:

[1] TB10424-2010/J1155-2011,铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].铁建设[2010]241号.铁路混凝土工程施工技术指南.