高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及控制措施

2016-05-05方舟

大陆桥视野·下 2016年3期

方舟

【摘要】虽然大体积混凝土有着一定的优点，但是其裂缝问题却一直困扰着建筑部门，也因此影响着工程质量，所以，采取哪些正确的措施，能够有效控制好大体积混凝土裂缝的问题，就可以全面保证工程的质量。本文即分析了高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝产生的原因，并详细阐述了裂缝的控制措施。

【关键词】高铁桥梁；大体积混凝土；裂缝；材料；配合比

一、大体积混凝土的定义

大体积混凝土通常为现场浇筑的混凝土尺寸大到需要采取措施来应对水泥水化而产生的热量和伴随发生的体积变化，应尽可能减少温度裂缝。美国混凝土协会（ACI）给出的大体积混凝土的定义为：就地浇筑的混凝土，当尺寸大到一定要采取措施解决水化热问题来应对变形问题，来减少开裂的混凝土就能够称为大体积混凝土。我国《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55一2000）中明确的定义为：“大体积混凝土—混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。”

二、高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝产生的原因

高铁桥梁双线桥梁墩身以及高墩大尺寸桩基础承台等大体积混凝土结构通常要一次性进行整体浇筑。大体积混凝土结构裂缝的发生是由多种因素引起的，各类裂缝产生的影响原因如下：

（一）水泥水化热

水化热是指水泥与水发生水化反应放出的热量，水泥在水化反应过程中产生的热量较大，使大体积混凝土内部温度上升到 50℃ 以上，单位体积混凝土中水泥用量越大，其水化热越高。当混凝土内外温差过大时，就会产生与温差成正比的温度应力，温差越大，温度应力就越大，当温度应力大于混凝土内外约束力时，就越容易产生裂缝。

（二）外界温度变化

大体积混凝土结构在施工阶段，常受外界气温的影响，当外界温度发生变化时，混凝土会发生热胀冷缩现象。混凝土内部温度由水化热产生的绝热温度、施工浇筑温度和结构散热温度三者的叠加，当外界气温下降，特别是温度骤降时，外层混凝土与结构混凝土内部的温差会大大增加，产生温度应力，使混凝土开裂。

（三）混凝土的收缩变形

混凝土中大部分的水要蒸发，只有 20% 左右的水是水泥水化硬化所需的。混凝土在运输、浇注和振捣过程中，会有大量的吸附水会逸出，出现干燥收缩现象，而表面收缩速度快，中心收缩速度慢，于是在表面会产生拉应力并导致混凝土裂缝。在混凝土表层设置钢筋网片，可有效防止混凝土收缩开裂。随着水化反应的逐步完成和混凝土的散热作用，大体积混凝土温度会下降，导致混凝土产生体积收缩，由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，在降温过程中，混凝土内部与表面的收缩程度不同，在内外约束的共同作用下，使收缩的混凝土产生拉应力，若此时的拉应力大于混凝土此龄期的抗拉强度，则大体积混凝土容易产生收缩裂缝。影响混凝土收缩变形的因素主要有水泥和外加剂的品种、混凝土配比、施工方法和养护条件等。

（四）混凝土的沉陷裂缝

由于模板支架的过早拆除、地基土质不匀、松软和回填土不实或浸水等原因，造成支架、支撑变形下沉而引发结构产生不均匀沉降而产生裂缝。特别是在软土地区，地基土遇水容易变形，造成地基不均匀沉降，使得建筑物（构筑物）产生开裂，这类裂缝多为深层裂缝或贯穿裂缝，危险性较大。

三、高铁桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制措施

（一）对材料和工艺的控制措施

大体积混凝土对于原材料的要求也比较高，尤其对于材料中所掺其他原料的比例要求更为严格，必须按照实际施工的要求，进行合理的掺配，从而使混凝土的性质更加稳定，更加符合高铁桥梁的工程要求；同时，对于混凝土浇筑的工艺也要合理控制，制定健全稳定的实施工艺，严格按照要求进行施工，进行分段分层的浇灌，从而保证混凝土分布更加均匀，所受的外界因素影响较低，从而保证大体积混凝土不易产生裂缝，从而减少了经济方面的损失，提高了工程质量。

（二）提高结构设计方案、减少裂缝产生

高铁桥梁施工时也要注意结构设计方面的问题，在施工中适当地构建钢筋结构，是保证混凝土稳定的主要措施，可以有效减少裂缝的发生，提高大体积混凝土的抗裂隙能力，提高其稳定性；同时，对于易发生裂缝的地带或者施工路段，要做好一些减缓裂隙的施工操作，从而在发生裂缝时，可以让裂缝得到缓冲，不至于对大体积混凝土带来较为严重的危害，利用完善的施工方案，确保大体积混凝土的施工操作更为严谨和实效，从而促进工程建设的顺利竣工，保障工程质量。

（三）优化混凝土配合比

在高铁桥梁工程中应优先选择低热以及中低热水泥，尽可能减少单位用水量和单位水泥用量。在骨料的选择上要优先选用含泥量低、热膨胀系数小的骨料，同时要做到骨料的连续级配。在粗骨料的选择上应钻用最大粒径大一些的，应尽可能地降低砂率。要高度重视掺入矿物掺和料，同步降低胶结材料水化热的作用。对于不同情况正确选择缓凝剂、减水剂、膨胀剂等。通过试验优化最佳的配合比。

（四）制定合理的施工方案

在混凝土拌制阶段，应确保拌制混凝土拌合物搅拌合成之后所达到的温度。在运送时间上要努力做到最短，冬季混凝土的入模温度应不低于 10℃，夏季混凝土的入模温度应不高于 25℃，同时要全面保证混凝土易性及坍落度要求。

在混凝土浇筑阶段，应选择合适的浇筑分层方法，保证混凝土连续浇筑不产生中断。

在混凝土振捣阶段，应注意振捣必须密实，同时要做好振捣后的混凝土表面的收光处理，在有必要市可进行二次振捣。

在混凝土养护阶段，目前相应的养护方法很多，比较常用的方法有保温蓄热法、预蓄水法、埋冷却水管法等等，可根据高铁桥梁工程的实际需要选择。

（五）合理规划施工、降低环境温度的影响

在施工时，要充分考虑环境温度的影响，在混凝土配合完成后，要在合理的温度范围之内进行施工操作，尽可能地将混凝土控制在适当的温度中，从而提高混凝土的稳定性，减少缝隙的发生，在浇筑完成后，对于混凝土的养护时间也尽量延长，同时，也要注意一些细小缝隙的问题，对于小的浅层的裂缝做到及时修补，将风险降到最低，从而确保整体的混凝土浇筑成功，性质稳定，促进高铁桥梁施工更加顺利。

（六）大体积混凝土裂缝修补的主要措施

1.表面修补法。

表面修补法适用于对建筑安全和结构承载力没有影响的表面裂缝。施工中常用措施有涂覆法、增加整体面层、压抹环氧胶泥、环氧浆液粘玻璃网格布和表面缝合等。

2.灌浆法。

灌浆法应用范围十分广泛，从细微裂缝到大裂缝均可运用，处理效果好。利用加压设备把浆液注入混凝土裂隙里。常用材料有水泥浆、环氧树脂、聚氨酯、聚氯乙烯胶泥、塑料油膏等。

3.结构补强法。

由于混凝土粉化、疏松、剥落、开裂和钢筋锈蚀，使结构物裂缝扩展、强度刚度降低、挠度增大，承载力削弱，以致结构物涉险服役，就要考虑采用加固法对混凝土结构进行处理，常用方法有：加大截面法、体外预应力法、外包钢板法和碳纤维补强法。

四、结语

综上，只有采取有效的手段和实施正确的措施，从大体积混凝土自身的特点、性能、生产工艺等方面全面控制，才能确保大体积混凝土的质量更加稳定，从而减少裂缝的发生概率，降低裂缝带来的风险，使得高铁建筑的质量更加稳定。

参考文献：

[1]方迎春.桥梁大体积混凝土裂缝成因及改进方法[J].黑龙江科技信息，2015（19）.

[2]刘振.桥梁大体积混凝土施工质量控制[J].科技创新与应用，2012（01）.