冬季施工大体积混凝土防止裂缝的措施

高旭东

淄博市交通运输事业服务中心

1 前言

南崔路分离立交桥中心桩号为K198+819，0 号桥台为U 型桥台、扩大基础，7号桥台为柱式台、桩基础。0号桥台长为10m，底宽为3.7m，顶宽为2.1m，高为4.8m,采用C30 混凝土，共223.5m3。施工日期为2019年11月29 日，施工时，正处于冬季，浇筑桥台所采用的大体积混凝土入模温度介于15℃～20℃之间。

2 大体积混凝土冬季施工产生温度裂缝的原因分析

大体积混凝土属于热的不良导体，在混凝土凝结过程中，释放出大量的热量，在此期间将会产生水化热的化学反应，如果以水泥用量300kg/m3～550kg/m3来计算，每1m3混凝土能够释放出15500KJ～27500KJ的热量，热量的释放时间一般在3天左右。对于大体积混凝土来说，积蓄在混凝土结构内部的水化热散发速度较慢，此时，内部温度不断上升，而混凝土表面温度急剧降低，导致内外部温差值逐步增大，尤其对于南崔路分离立交桥重力式桥台工程来说，施工时，正处于冬季，昼夜温度差异较大，内部混凝土在热胀作用下产生压力，外部混凝在冷缩变形中产生拉力，混凝土在双向作用力下，自身的抗拉强度急速下降，当内部拉应力超过抗拉强度时，大体积混凝土就会产生大量裂缝，通常情况下，温度裂缝的产生时间在浇筑混凝土后的3～5天之内，裂缝初期，缝隙较小，随着时间的推移，裂缝的深度与面积不断扩大，严重的还会贯穿于整个混凝土结构[1]。

如果按裂缝深度予以划分，大体积混凝土的温度裂缝可以分为贯穿裂缝、深层裂缝以及表面裂缝。贯穿裂缝切断了混凝土结构断面，使混凝土结构失去整体性，如果不及时处理，将会发生较为严重的安全事故。深层裂缝是部分切断混凝土结构断面，如果整治措施不到位，将快速发展成为贯穿裂缝。而表面裂缝的危害性虽说很小，但是，随着混凝土水化热现象的不断加剧表面裂缝也会逐渐演变成为危害性较大的深层裂缝或者贯穿裂缝。

3 冬季施工大体积混凝土防止裂缝的有效措施

针对冬季施工的南崔路分离立交桥重力式桥台，在施工前，应进一步优化混凝土配合比，以减少水化热释放出的热量值。此外，采取安装防裂网、增加片石、加装冷却管以及在混凝土表面设置保温层的方法防止温度裂缝的产生。

3.1 优化配合比

大体积混凝土的配合比设计与混凝土水化热的产生有着直接关联，因此，设计配合比时，在遵循混凝土拌和物的和易性满足施工需要、混凝土强度满足设计要求、混凝土具有良好耐久性原则的同时，应当将减少水化热作为一项重要指标。此外，根据该工程施工组织方案的要求以及结合冬季施工的特点，在选用水泥原料时，应当选择水化热较低的水泥，粗细骨料的含泥量应控制在1%～1.5%以下，同时，粉煤灰中的含硫量与含碱量不宜过高。

当确定选料原则后，在设计南崔路分离立交桥重力式桥台混凝土的配合比时，技术人员首先对C30 台身配合比采用掺入粉煤灰的措施，具体配合比为：水泥：粉煤灰：砂：碎石：水：外加剂=376:42：856：937：180：5.016。水泥采用P.O42.5水泥，碎石配合比例为16mm～31.5mm碎石：10mm～20mm碎石：5mm～10mm碎石=20：70：10，砂采用河沙，细度模数2.6，外加剂采用聚羧酸减水剂，粉煤灰采用二级粉煤灰。

3.2 加装防裂网与片石

在施工过程中，在桥台的台身及侧墙表面加装C10 防裂钢筋网，钢筋网的纵横向间距为10cm，保护层厚度2.5cm。通过这一举措能够对混凝土结构起到紧固作用，将混凝土裂缝的发生概率降到最低值。此外，在浇筑桥台混凝土时，每浇筑60cm 的混凝土，在混凝土浇筑结构中摆放一层片石，片石距离模板的距离为15cm，间距为15cm～20cm。

3.3 设置冷却管

大体积混凝土产生温度裂缝的主要原因是由于内外部温度差值较大，为了平衡内外温度差，防止水化热的产生，南崔路分离立交桥重力式桥台在浇筑混凝土施工时，可以采用设置冷却管方式，即选择强度高，热传导性能好的铁管，公称直径为42.3mm，并设置两层，分别安装在桥台底部以上1m 的位置与底部以上2.5m的位置，其中，环形冷却管距离桥台前墙的距离分别为1m 和2.2m，距离侧墙的距离分别为0.8m 以及1.6m。当冷却管自浇筑混凝土时即通入冷水，通水时间为7天，在浇水过程中，进出水口的水温差不得大于10℃，而水温与混凝土内部的温差值不得大于20℃。通过这种方法，缩小了大体积混凝土的内外温差值，内部热量释放得到有效控制，这就降低了发生水化热的概率，对温度裂缝的产生起到抑制作用[2]。

3.4 设置保温层

当混凝土浇筑完毕后，随即进入养生阶段，在这道工序中，工程技术人员可以在钢模板的外侧采用苯板对模板内部的混凝土进行密封保温，整个桥台采用彩条布予以密封，彩条布内安装蒸汽发生器，采取蒸汽养生保温的方法，使大体积混凝土内外温度差缩小，这样，发生温度裂缝的概率也大幅下降。

4 大体积混凝土裂缝的修补措施

4.1 表面修补法

当大体积混凝土出现温度裂缝后，首先可以采取表面修补的方法，利用增加混凝土整体面层，压抹环氧胶泥，环氧浆液黏玻璃丝布对混凝土的表面细小裂缝进行涂覆处理，通常情况下，这种方法只适用于小于等于0.2mm的裂缝宽度。

4.2 局部修复法

根据温度裂缝的深度，局部修复法包括充填法、预应力法以及重新浇筑混凝土等方法。充填法主要是利用钢钎、风镐以及高速旋转的切割圆盘将混凝土表面裂缝扩大，使混凝土结构出现梯形槽或者V 形槽，此时，可以采用分层压抹环氧砂浆、水泥砂浆、聚氯乙烯胶泥或者沥青油膏的方法修复裂缝。预应力法是利用钻机在混凝土构件上钻孔，在进行钻孔作业时，应当避免与混凝土的内部钢筋发生触碰，防止钢筋断裂，而降低混凝土结构的强度，当钻孔穿入螺栓后，施加预应力拧紧螺帽，这样能够缩小裂缝的宽度，或者使裂缝闭合。重新浇筑混凝土主要针对深度裂缝而采取的一种修补方法，施工时，将裂缝周边的混凝土凿除，充分湿润后，浇筑强度等级较高的混凝土，再对浇筑后的混凝土进行养生，以满足混凝土的强度要求。

4.3 灌浆法

这种修补方法主要是利用水泥或者化学浆液，将其灌入混凝土的裂缝当中，使浆液在混凝土的缝隙当中扩散、固化，固化后的浆液具有较高的黏结强度，能够与原有混凝土黏结在一起，而形成一个整体结构。一般采用的化学浆液包括环氧树脂浆液、甲凝浆液、水玻璃、丙烯酞胺、丙烯酸盐等，当这些不溶物填充到混凝土缝隙当中，其不透水性使混凝土结构强度增大，能够收到良好的修补效果[3]。

4.4 填充密封法

这种方法主要是沿着混凝土构件表面的裂缝走向，开凿出V形或者U形沟槽，然后利用改性的环氧树脂或者弹性填缝材料对裂缝进行填充，而封闭裂缝表面通常采用纤维复合材料，这种修补方法适用于处理大于0.5mm宽度的混凝土裂缝。

5 施工后观测

当桥台大体积混凝土浇筑过程中，在混凝土的中心埋入三个温度传感器，传感器距桥台前墙的距离为1m，埋置深度距离桥台的顶部为1m，分布位置分别为两侧各埋置一个，中心位置埋置一个，其中两侧埋置的传感器距离桥台侧面的距离为1m。当埋置工作结束后，工程技术人员借助于传感器测定的混凝土内部温度值，对温度变化情况进行观察，并随时做好记录。浇筑后的7 天内，大气温度为-4℃～10℃之间，蒸汽养生温度控制在20±3℃，混凝土内部温度从浇筑后逐步升高，第三天内部温度达到峰值41.4℃，然后逐步下降，第七天内部温度为15℃左右。在混凝土经过7天的养生时间后，于第8天中午开始拆模，拆模后，通过观察桥台的混凝土结构，并未发现裂缝。混凝土温度监测数值、混凝土强度值如图1所示。

图1 混凝土温度监测数值、混凝土强度值

6 结束语

在南崔路分离立交桥重力式桥台的大体积混凝土施工过程中，通过采取优化配合比、加装防裂网与片石、设置冷却管以及设置保温层的措施，桥台的混凝土结构并未出现裂缝现象，由此可以看出，这些措施在冬季施工大体积混凝土温度裂缝的控制方面效果显著，它不仅为冬季大体积混凝土施工提供了可靠的技术保障，同时，对提高冬季施工的混凝土结构质量也积累了丰富的经验。