浅析桥梁大体积混凝土裂缝成因及控制措施

蔡爱林

（江苏省镇江市路桥工程总公司，江苏 镇江 212017）

1 概述

桥梁技术随着公路建设的发展在越来越高的桥梁功能、质量要求下发展迅速。大体积混凝土的技术在桥梁建筑中的应用就是发展的一点,并且以其特有的优势被广泛的应用，我国在普通混凝土的配合比上有相关的规定，在设计规范中对大体积的混凝土的定义是实物结构体积最小不小于一米的部分所用到的混凝土就是大体积的混凝土。而在大体积的混凝土裂缝控制的研究以及内部温度应力的研究也都是针对水利大坝或者是一些高层建筑深基底板上的，对于应用于桥梁建设的大体积的混凝土产生裂缝的问题重视度还不足。

2 产生原因

2.1 水泥的水化热

水泥在水化时整个过程中会对外放热，并且这种放热现象集中在浇筑后的二到五天左右，这种水化放热现象会使得混凝土内部的温度升高，尤其是大体积的混凝土由于结构和体积大不易散热，这种放热现象的影响更大。由于混凝土内在和外在对于热量的传导和散热的条件有所区别，因此在大体积的混凝土的内部实际上中心温度是很高的，这样就会在整体结构中形成一个自内而外的温度阶梯，这样就会使得混凝土在内部出现压应力，而在表面出现一种拉应力。混凝土本身是具有一个抗拉的强度极限的，当这种拉应力超过了混凝土的极限时裂缝就在表面出现了。混凝土内部温度与混凝土的厚度及水泥用量有关，混凝土越厚，水泥用量越大，内部温度越高。

2.2 混凝土的收缩

混凝土的收缩现象是发生在混凝土硬结的过程中的一种由收缩造成的体积的减小，这是一种混凝土的自发变形，若是这种变形不受到来自外部的影响，既不受外力影响又不受外力约束，这时候混凝土当中就会出现拉应力，从而混凝土在拉应力作用下造成开裂。混凝土在收缩现象中主要分为三种，分别是温度收缩、干燥收缩以及塑性收缩。这种收缩也是具有阶段性的在初期的硬化过程中体积上的收缩是由于水泥凝结上的变化，而后期则是因为水分从混凝土中被蒸发出来从而产生的一种干缩性的变形。

2.3 外界的气温以及湿度的变化

外界的环境对于混凝土浇筑后的结构有着很大的影响，外界气温对其的影响主要表现在内外产生的温度阶梯从而产生的温度应力上。大体积的混凝土的内部温度主要是由浇筑温度，水泥的水化热以及散热叠加而成的。因而外部的温度对此影响非常大，若是外界的气温高，混凝土在浇筑温度上也会跟着升高，而瓦解的温度降低就会增大温度梯度从而出现温度应力，从而引发混凝土开裂。除此之外湿度对于大体积的混凝土上出现裂缝现象的影响也很大，主要是表现在干缩裂缝的影响上，若是外界湿度很低，那么混凝土在水分蒸发过程就会缩短因而加速干缩现象，这也会造成裂缝的出现。

2.4 混凝土的沉陷裂缝

支架、支撑变形下沉会引发结构裂缝，过早拆除模板支架易使未达到强度的混凝土结构发生裂缝和破损。

3 大体积混凝土施工质量控制措施

3.1 大体积混凝土配合比设计

原材料选用：①水泥：由于水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温升，因此应选用水化热较低的水泥，同时降低水泥用量，以降低水泥水化热产生的热量，从而控制大体积混凝土温度的升高。②细骨料：宜采用Ⅱ区中砂，因为使用中砂可减少水及水泥的用量。③粗骨料：在可泵送情况下，选用粒径5-20mm连续级配石子，以减少混凝土收缩变形。④含泥量：在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。⑤掺合料：应用添加粉煤灰技术，能够大幅度提高混凝土后期强度，推移温升峰值出现时间。

3.2 温控措施及施工现场控制

3.2.1 温度预测分析。根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案，采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场及温差进行计算机模拟动态预测，提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况，制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准及进行保温养护优化选择。

3.2.2 混凝土浇筑方案。做好现场协调、组织管理，要有充足的人力、物力，保证施工按计划顺利进行，保证混凝土供应，确保不留冷缝；浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理，以控制表面龟裂；混凝土浇灌完及拆模后，立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护。

3.2.3 混凝土温度监测。在混凝土内部及外部设置温度测点，并且设置保温材料温度测点及养护水温度测点，现场温度监测数据由数据采集仪自动采集并进行整理分析，每一测点的温度值及各测位中心测点与表层测点的温差值，作为研究调整控温措施的依据，防止混凝土出现温度裂缝。

3.3 构造设计上采取的防裂措施

3.3.1 设计合理的结构形式，减少工程数量，降低水化热。如可根据悬索桥锚碇受力特点，设计挖空非关键受力部分混凝土体积，利用土方压重方案，减少混凝土结构体积。

3.3.2 充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下成一定的预压力，补偿混凝土内部温度、收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。

3.3.3 大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，依据结构受力情况，可合理的确定混凝土评定验收龄期，打破正常标准28d的评定验收龄期，改为60d或更多天，评定验收龄期充分考虑混凝土的后期强度，从而减低设计标号，达到减少混凝土水泥用量，降低水化热的目的。

4 大体积混凝土的裂缝检查与处理

大体积混凝土的裂缝分为三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。对于表面裂缝因其对结构力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，至看不见裂缝为止，凿槽断面为梯形再在上面浇筑混凝土。

结语

根据以上的分析，在大体积的混凝土产生的裂缝现象上是可以通过设计、材料的选择以及工艺的改善进行预防和治理的，同时后期在养护工作中的针对性养护也可以避免裂缝的产生，这都是通过大量的成功的实例得出的经验和结论。通过对各种可能会影响裂缝现象出现的因素进行考虑，完全是可以避免这种病害的出现。

[1]苗胜军，丛启龙，任奋华，等.基于ANSYS的大体积混凝土的水化热模拟研究[J].四川建筑科学研究，2009（2）.

[2]尹成柱，曹振民，任鸿鹏，等.特大桥承台混凝土施工温度场和温度应力场分析研究[J].中外公路，2011（1）.