浅谈桥梁工程中大体积混凝土的裂缝问题

2016-12-07韩军

环球市场 2016年6期

关键词：温升冷却水水化

韩军

江苏开通建设工程有限公司

浅谈桥梁工程中大体积混凝土的裂缝问题

韩军

江苏开通建设工程有限公司

我国的部分桥梁工程在使用中都存现了程度不等的问题，尤其是大体积混凝土裂缝问题。桥梁工程与其他的工程不同，工程结构比较复杂，混凝土一旦出现裂缝，工程的整体质量和桥梁的安全就会受到影响。

桥梁工程；大体积混凝土；裂缝

前言：

大体积混凝土已经被广泛应用在桥梁工程中，混凝土的本身强度比较大，能对桥梁起到重要的荷载作用，混凝土受到其自身的特性影响，在外界因素的干扰和影响下容易有裂缝出现。对于这种情况，在桥梁工程中应该对混凝土工程进行保养和修护。

一、大体积混凝土的定义

在建筑工程的施工过程中，混凝土是最为常见的施工材料，在发展的过程中，混凝土也不仅仅局限在建筑工程单一的方向，已经逐渐朝着桥梁工程的建设出发，大体积混凝土的施工技术也是施工中的一个难点。众所周知，混凝土受到温度的影响可能会出现裂缝，一旦出现裂缝就会对工程的质量产生影响，要想避免这一问题的发生，就要严格控制温度，减少温度的差异，进而防止在桥梁建设中出现大体积混凝土裂缝的现象。

二、裂缝产生原因分析

2.1伸缩裂缝

大体积混凝土伸缩裂缝是桥梁工程大体积混凝土结构最常见的裂缝缺陷之一。产生伸缩裂缝的主要原因为：大体积混凝土在浇筑后振捣时不密实，骨料下沉导致表层浮浆过多，或大体积混凝土浇筑后表面未及时覆盖养护，在环境条件影响下导致混凝土表面水分散失速度快，产生干缩。上述诸多因素影响，加之大体积混凝土早期强度低，无法抵抗变形作用力，最终表现为开裂现象。

2.2温度裂缝

桥梁工程中大体积混凝土出现温度裂缝的原因比较复杂，主要包括两个方面，第一是因水泥水化热反应所诱发的温度裂缝，第二是因气温变化所诱发的温度裂缝。具体可分析如下：①从因水泥水化热反应所致温度裂缝的角度上来说，大体积混凝土结构在硬化过程当中，水泥原料会释放出大量的水化热，其内部温度持续上升，导致混凝土表面与内部出现较大的温度差异。混凝土内部膨胀较外部而言更高，此时导致其表面出现很大的拉应力，但混凝土早期抗拉强度低，进而导致了裂缝缺陷的产生；②从因气温变化所致温度裂缝的角度上来说，大体积混凝土结构施工过程当中，外部温度的变化会对裂缝的产生起到非常大的影响。桥梁工程中，大体积混凝土内部温度的构成元素复杂，包括水泥水化热绝热温升、混凝土结构散热温度、浇筑温度等，上述约束作用下所形成的温度裂缝机制如下图所示(见图 1)。其中，浇注温度与外部环境间的关系密切。一般情况下，外部温度越高，则相应的混凝土浇筑温度升高；外部温度越低，则相应的混凝土浇筑温度下降，由此导致大体积混凝土产生较大的内外部梯度，从而形成裂缝缺陷。

1.3结构变形裂缝

在大体积混凝土结构受到外界环境约束作用影响时同样可能产生裂缝缺陷。结合桥梁工程实践为例，当大体积混凝土浇筑在既有约束地基基础上时，加之未采取针对性的措施来降低或放松约束作用力，就会导致其对温度产生变形限制，进而出现贯穿性的深层裂缝缺陷。

图 1　约束作用下温度裂缝机制示意图

三、大体积混凝土裂缝的控制对策

3.1设计措施

(1)重视地基的处理，大体积混凝土一般都是厚体实重的整浇式结构，地基对基础的影响十分明显。在设计主要应防止地基产生不均匀下沉，以及改善对基础的约束影响。当地基为软土层时，为防止地基产生不均匀下沉，通常采用砂垫层或其他加固办法。砂垫层不仅可以提高地基的承载能力，而且在施工时还可以设置盲沟排水，这对减少地下水或地表水的影响都有明显作用。

(2)合理分裂分块，不仅可以减轻约束作用，缩小约束范围；同时也可利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部的温度。合理的分缝分块，应能使结构起到调节温度变化的作用，确保混凝土有自由伸缩的余地，以达到释放温度应力的目的，接缝的处理必须满足防止渗漏水的要求。

(3)合理分布钢筋，钢筋与混凝土共同工作的基础是两者之间的粘结力。由于钢的弹性模量约为混凝土弹性模量的7-15倍，所以当混凝土内应力达到抗拉强度而开始裂缝时，此时钢筋的应力很小，想通过利用钢筋防止混凝土裂缝的出现，就达不到目的，但合理布置分布钢筋，可以起到减轻混凝土的收缩程度，限制裂缝的开展。

(4)混凝土设计标号不宜太高，在大体积混凝土的结构物中，力学强度和安全贮备，通常都很高，但过高的强度贮备，会使水泥用量增多，水化热变大。导致混凝土内部温度过高，造成内外温差过大，从面引起结构物的开裂。

3.2配置具有抗裂、低热性能混凝土

水泥的用量以及品种将直接对水泥水化热反应产生影响，对混凝土温升也有直接影响。因此，为控制大体积混凝土的裂缝问题，首先必须选择适宜的水泥品种。其中，水泥水化热反应主要受到水泥品种、混凝土温升速率、以及温升幅度等相关因素的影响，可应用如下式对混凝土绝热温升进行估算：混凝土绝热温升(℃)＝混凝土中胶凝材料用量(kg/m3)* 水泥极限水化发热量(kJ/kg)/ 混凝土比热(kJ/kg.℃)* 混凝土表观密度(kg/m3)；结合桥梁工程建设施工要求来看，以承台部分为例，其所使用大体积混凝土绝热温升应严格控制在 35.0℃范围内。因此可以根据上式子反算每种材料所对应的水泥(胶凝材料)最低用量。以表 1 数据为例，综合对该式的应用，结合成本等方面的因素考量，可选用 32.5P·S 矿渣水泥用于桥梁工程承台部分大体积混凝土施工作业。

3.3混凝土内部埋置冷却水管

在大体积混凝土内部通过埋置冷却水管的方式，可以利用连续流动的冷水来降低混凝土内部温度，也有助于将混凝土块体冷却至稳定体积状态。冷却水管的冷却作用时间一般在大体积混凝土浇筑后的 10d ～ 15d 内。以桥梁工程承台部分为例，冷却水管在布置设计上应当考虑的问题为：结合桥梁工程承台结构内部温度场分布特征，以3.0m为每层厚度，于混凝土内部布置冷却水管(多建议采取两层式布置方案)。冷却水管可优先选择直径为 60.0mm 的薄壁钢管，布置间距以1.0m 左右为宜，针对进水口以及出水口位置而言，冷却水管应当集中布置，以方便统一进行管理。

表1　不同型号水泥水化热检测结果示意表

3.4科学选择大体积混凝土浇筑厚度与浇筑温度

在桥梁工程大体积混凝土施工中，浇筑环节建议采取分层式浇筑方案，通过分层浇筑的方式可通过层面散热机制起到降低大体积混凝土温度的目的，通过此种方式可有效降低混凝土温度最高值以及内外部温度差异，对削弱约束机制也有确切效果。大体积混凝土分层浇筑的间歇期应当严格控制在 7d 以内，上层混凝土施工时下层应当处于降温阶段，以满足温度控制方面的需求。同时，浇筑温度应当严格控制在 16.0℃范围内。

3.5大体积混凝土的裂缝检查

大体积的混凝土出现裂缝是非常常见的，要想完全防治是有一定难度的，所以在施工的时候应该将预防工作做好，对各项使用情况都了解清楚，设计好施工计划。目前来看，施工人员在防治混凝土出现裂缝的系数还是不高，施工现场还有很多复杂的情况，这对防治裂缝措施的实施将带来较大难度，所以还要将检查工作和时候的处理工作给做好。