桥梁大体积混凝土裂缝产生的原因及其控制措施

2016-08-07唐小勇

大科技 2016年25期

关键词：水化骨料体积

唐小勇

（衡南县公路管理局湖南衡南 421001）

桥梁大体积混凝土裂缝产生的原因及其控制措施

唐小勇

（衡南县公路管理局湖南衡南 421001）

混凝土结构的使用性能很大程度上取决于施工技术以及质量控制措施，一旦大体积混凝土的结构发生开裂，必然影响到桥梁使用安全性。基于此，本文对桥梁大体积混凝土的实际施工、产生裂缝的原因以及相应的解决措施进行了简要的探讨，以期为相关人员提供参考。

大体积；混凝土裂缝；原因；控制措施

1 引言

在桥梁建造中，大体积混凝土常会出现各种各样的裂缝，对桥梁的安全产生了一定的影响。形成裂缝的原因是多种多样的，为了防止混凝土产生裂缝，务必要明确好裂缝产生的原因，以便采取相应的措施对裂缝进行控制，从而有效提高大体积混凝土的施工质量。

2 桥梁大体积混凝土的施工概述

在建造和使用桥梁过程中，大体积混凝土经常有裂缝出现，究其原因主要是大体积的混凝土在受到内部应力以及外部荷载的双重作用力下，在温度的影响之下而发生的。桥梁施工中常会用到大体积混凝土，而所谓的大体积混凝土即是在任何地方都能够就地进行浇筑的混凝土，尺寸较大，为了最大限度的减少开裂，务必要采取一定的措施解决水化热以及由水化热所引起的体积变形的问题。

3 桥梁大体积混凝土裂缝处理产生的原因

桥梁的大体积混凝土在施工过程中容易产生裂缝，而产生裂缝的主要原因有以下几方面：

3.1 温度引起的裂缝

大体积混凝土表面或者温差变化较大的地区的混凝土结构容易有温度裂缝发生，浇筑混凝土过程中，混凝土发生硬化后，水泥在水化过程中会产生大量的水化热，且混凝土的体积较大，混凝土内部会聚积大量的水化热不易散发，使得内部的温度急剧的上升，但混凝土表面散热速度十分的迅速，基于此，就很易导致内外形成较大的温差，使得内部跟外部发生不同程度的热胀冷缩，混凝土的表面会产生一定的拉应力。一旦拉应力超过混凝土的抗拉强度的极限时，混凝土的表面会有裂缝产生，通常会发生在混凝土施工中后期。在进行混凝土施工时，一旦出现温差变化较大，或者混凝土受到寒潮的袭击后，混凝土表面的温度会迅速的下降，产生收缩的问题，表面发生收缩的混凝土在内部混凝土的约束力作用下，会产生较大的拉应力，从而产生裂缝，此裂缝一般会产生于混凝土表面较浅的范围内。

3.2 荷载引起的裂缝

所谓的荷载裂缝是指大体积混凝土桥梁在受到常规静、动荷载以及次应力下而产生的裂缝，常见的裂缝有两种，即直接应力裂缝和次应力裂缝。产生直接应力裂缝的主要原因在于计算结构时使用的计算模型不够合理，所假设的结构受力跟实际受力不相符合，少算或者漏算荷载；或者是计算内力以及配筋出现错误，结构的安全系数不达标；设计结构时未对施工的可行性进行考虑；设计钢筋或者布置钢筋时存在错误，导致结构的刚度不够等。

3.3 由外力造成的裂缝

在实际施工过程中，地基基础发生变形也会导致混凝土出现裂缝，究其原因主要在于基础出现不均匀的沉降，混凝土在塑性状态下基础以及支架会出现各种不均匀的沉降，使得局部混凝土发生变形，且在约束力的作用下产生裂缝。受到重力作用后，混凝土中较重的颗粒会下沉，水泥浆会上浮，此种下沉在受到钢筋和模板的作用后会产生裂缝。

4 大体积混凝土裂缝控制措施

4.1 工程案例

新埠河大桥，位于湖北省荆门市沙洋县十里铺镇境内的新桥村，207国道170+600桩号处。因跨新埠河而得名。该桥于1972年建成通车，西207国道线上的一座重要桥梁。现属荆门市沙洋县交通局管辖。

新埠河大桥为空腹式圆弧双曲拱桥，属永久性结构。桥长50m，宽14m，高 9×5m。正桥 4孔，净跨分别为 6×8+8×9+7×9+9×9，拱矢度为 1/4，腹拱5孔，每小孔净跨2m，拱矢度为1/3，车到12m，渣油路面，两边设置混凝土人行道，宽度为2m，桥台为v型重力式，桥墩为重力式，荷载等级为汽-15级；拖-80级。河床水深10m，枯水深1m。

4.2 具体的裂缝控制措施

4.2.1 大体积混凝土配合比设计

（1）选用膨胀剂时通常建议使用U型膨胀剂，例如有无水硫铝酸钙或硫酸铝，而减水剂则建议使用SF-1缓凝高效减水剂，经相关试验表明，要想进一步提高混凝土的抗裂强度，则可以在混凝土中添加适当的膨胀剂，混凝土内部产生的应力能够将混凝土的收缩应力进行抵消。具体的抗渗混凝土最大水胶比见表1。

表1 抗渗混凝土最大水胶比

（2）原材料选用

①掺合料：在混凝土中掺加一些掺合料能够有效提高混凝土后期的强度，还能够使得温升的峰值出现的时间有所推移，节约水泥的同时，使得水泥的水化热有所降低，混凝土则变得更易拌和，掺合料应用添加粉煤灰技术。

②含泥量：如果骨料中含有较多的泥，会对混凝土的抗裂性产生严重的影响。所以，选择骨料时务必要现场进行取样实测，在大体积混凝土中，粗细骨料的含泥量是要害问题，砂的含泥量控制在2%以内，石子的含泥量控制在1%以内。

③粗骨料：适宜的骨料通常建议选用那些自然连续的级配以及碎石，粗骨料宜优先选用自然连续级配和碎石，配制的连续级配骨料混凝土的和易性较好，因而可以适当的减少水泥用量，以便符合相关的强度要求，确保混凝土均匀，容易密实，而由碎石拌制而来的混凝土要具有较高的强度，且抗裂性能较好，连续级配骨料配制混凝土具有较好的和易性，可以适当减少水泥用量，达到相应的强度，使混凝土均匀、易密实。而用碎石拌制的混凝土的强度较高，抗裂性较好。通常建议选用中粗砂作为细骨料，经实验研究表明，每立方米的混凝土能够减少20～25kg的水泥量，一般来说，在绝热温升时，每立方米混凝土减少10kg的水泥，温度就会降低1℃。

④细骨料：因为使用中砂可减少水及水泥的用量，宜采用Ⅱ区中砂。

⑤水泥：应选用低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等材料，因为大体积混凝土应选用水化热较低的水泥，水泥的用量直接影响着水化热的多少及混凝土温升，同时，要尽可能减少水泥用量。

4.2.2 温控措施及施工现场控制

①通水冷却。在实际施工中，为了增加进出水口，一般会在混凝土钢筋骨架内铺设冷却水管，使得冷却水循环的速度进一步加快，有效降低承台内部的温度。②降低入模温度。对混凝土进行直接降温时可以使用冷却拌和水或者掺加一些冰屑，然而由于混凝土中占有的水的热容量比例较小，所以不能只凭冷却水来降低混凝土的入模温度，还要处理好粗骨料以及水泥。在夏季进行施工时，要做好细骨料的遮阳工作，拌和混凝土前要对粗骨料进行喷射降温，当气温超过30℃时，使用上述措施才会收获更好的效果。通常不把水泥当作预冷，只对水泥罐进行自理，例如可以选用浅色漆、水泥罐顶安装喷淋装置喷冷却水等。

4.2.3 后期养护

在进行大体积混凝土的后期养护工作时，一般建议使用通水冷却的、蓄水养生以及保温养护的方式进行。通常使用表面全保温养护的方式，为了有效提高新浇筑混凝土的表面以及四周的温度，则可以利用保温材料，有效减少混凝土的内外温差，此方法较为简单，且能够有效的对温度进行控制。使用铜电阻测温设备对结构的温度进行控制，按照温差确定好保温措施，确保混凝土内外的温差，通常建议将混凝土表面和模板外侧的温差控制在10℃左右。

5 检查和处理大体积混凝土的裂缝

大体积混凝土的裂缝通常分为三种：①表面裂缝；②深层裂缝；③贯穿裂缝。具体见图1。对于那些结构力以及耐久性未受到影响的表面裂缝，通常不需要进行处理，而处理后两种裂缝时，通常可以使用凿除裂缝的方式，当凿槽断面呈现为梯形时，在上面浇筑混凝土时，可以使用风镐、风钻以及人工的方式凿除裂缝，直到看不到裂缝为止，对深度较深的裂缝进行处理时，可以先在裂缝上铺设1～2层的钢筋后，方能继续新混凝土的浇筑工作，通常是当混凝土发生充分的冷却后，对于裂缝较为严重的情况则可以使用水泥灌浆和化学灌浆对裂缝进行处理。对于裂缝宽度小于0.5mm时应采取化学灌浆，水泥灌浆适用于裂缝宽度在0.5mm以上时。化学灌浆材料一般使用环氧一糠醛丙酮系等浆材。