桥梁工程大体积混凝土裂缝问题分析

2023-03-22东明金桥公路工程有限公司贾顺尧

人民交通 2023年2期

文 / 东明金桥公路工程有限公司贾顺尧

随着我国城市化进程的加快和物流业的迅速发展，传统的地面交通已难以适应现代物流的需求。在我国，高架桥的高速物流通道的出现，旨在为人民群众的日常生活提供便利，为实现城市的现代化打下坚实的基石。然而，在施工过程中，由于其自身特性，很多高架桥都要求采用大体积混凝土技术，而在施工过程中。大体积混凝土往往会产生开裂现象，这与建筑工人的技术能力有着密切的联系。所以，在施工中必须进行规范的施工，采用新工艺，以减少大体积混凝土开裂的可能性，确保施工的安全。

桥梁工程大体积混凝土裂缝问题的成因

水化热反应影响

水化热反应是在水与水泥混合作用下发生的一种化学反应，使混凝土中的反应速度加快，从而提高了混凝土的升温速度。由于水化热作用导致了混凝土的内温升高，从而引起了温度的变化，从而引起了大体积混凝土的开裂问题。温度应力与温差成比例，随着温差的增大，应力的改变会更加显著，由此产生的开裂问题也会更加突出。此外，在大体积混凝土中，随着浇注混凝土的厚度增大，水泥用量增加；若混凝土与水的配比不能得到很好的调控，则无法控制水热化过程，造成温度压力和温差的改变，从而使混凝土开裂更加恶化。

内外约束条件共同作用

施工期间，混凝土体积将因温度影响而变化。在坍塌变形情况下，限制其随机变形的约束作用主要包括内部约束和外部约束。其中，内部约束是指混凝土内部结构各模块中间的约束作用；外部约束是指混凝土结构而非体外结构的约束效果。

混凝土浇筑成型前的混凝土结构与路基或其他结构相连。当温度变化引起的混凝土体积变形受到接触面层的影响时，会产生外约束力。

随着混凝土体积变形的增加，外约束力也会增加。在初始阶段，混凝土的弹性模量较小，应力松弛和塑性变形相对较大。此时，混凝土结构在温度影响下膨胀。虽然接触面层会产生工作压力，但范围很小。然而，当混凝土结构内部结构的温度降低时，会产生很大的拉应力。如果混凝土结构的变形超过其极限拉伸值时，将导致裂缝问题。

收缩问题

在散热和凝固两个阶段，混凝土的收缩比较显著，尤其是大体积混凝土。在外部约束作用下，混凝土的收缩会产生相应的收缩，使其本身的拉伸性能降低，二者互相制约，最后出现开裂问题。由于大量使用水泥和水，导致混凝土产生的收缩更为显著，且开裂发生率增加。针对混凝土的收缩开裂问题，采取适当的措施，如水泥、水等，采用其它替代物替代，从而有效地防止混凝土的收缩。

外界环境温度变化影响

在桥梁工程施工过程中，混凝土结构对温度环境因素非常敏感。混凝土内部结构的温度由三部分累积：混凝土水胶比的隔热温升、混凝土浇筑温度和表面散热温度。其中，混凝土浇筑温度与外部自然环境温度密切相关，二者呈正相关。当外部自然环境温度变化较大且温度较低时，内部结构和混凝土表面的温度梯度方向会急剧增加，当温度超过极限时，地应力会导致混凝土结构出现温度裂缝。特别是在大体积混凝土结构施工过程中，由于其截面尺寸大、散热不良，混凝土内部结构温度很可能达到80℃左右，并将持续很长时间。因此，必须采取科学合理的方法来减少混凝土外部环境的温差，防止混凝土结构引起的裂缝。

养护工作不到位

在桥梁施工的混凝土浇筑过程中，必须做好养护工作。如果养护不及时，尤其是内箱和外包装的养护不一致，预制箱梁的内部结构将与外部的温度相关性不同。预制箱梁的外部水分在阳光的作用下释放较快，混凝土收缩形状的发展趋势也较快，而混凝土内部结构处于相对封闭的环境中，水分释放较慢，混凝土收缩形变的发展趋势也较慢，这导致了地应力的差异和裂缝的发生。因此，为了避免桥梁施工中大体积混凝土裂缝的产生和制造，混凝土的养护十分重要。

通过对大体积混凝土开裂的成因进行了全面的分析，得出了其主要的原因是内外温差以及温度导致的变形。所以，防治混凝土开裂的主要方法是对内外温差进行有效的调控。

另外，混凝土开裂还受到内外相关约束条件、外界温度、混凝土本身的收缩和变形等因素的制约。

大体积混凝土裂缝问题控制

水泥品种及用量把控

在大体积混凝土施工过程中，由于水化热作用产生大量的热量，从而产生大的温度差和应力的变化，最终产生裂缝。因此，在大体积混凝土的施工中，要注意合理选用水泥品种，并能有效地控制发热量，减少水化热反应速度。

通过对水泥材料的研究，发现其释放速率和发热量取决于其内部矿物组成。例如，氯酸三钙可以快速引起热量。此外，水泥粒径也将决定其发热量。因此，在选择水泥品种时，必须确保科学把控，减少发热量。目前，常见的水泥品种是矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥为主，它们具有较低的发热速率，不容易发生水化热反应，而水泥消耗量需要根据实际需要进行科学制备。

材料配合比技术

除了严格控制公路桥梁施工中混凝土原材料制备中的水泥用量外，还应采取各种对策来改善混凝土的特性，确保混凝土的抗压强度。在具体施工中，应根据计算得出基本配合比，然后根据实验室试验确定混凝土结构中粗细骨料、混凝土外加剂和引气剂的用量。同时，以第一道工艺流程为标准段，对接缝分层和混凝土浇筑施工后的混凝土结构质量进行工程验收，充分考虑外界工作温度、空气相对湿度、地质条件等对混凝土结构质量的危害，并在确定最佳施工时间和施工工艺后，以标准断面作为施工的参照体，促进混凝土施工的规范化，采用有效科学的原材料配合比来处理混凝土裂缝问题。

外加剂的使用

为了改善大体积混凝土的质量，一般采用适当的掺入外加剂，使混凝土的力学性能达到最佳状态，增加致密性；降低水泥的使用和收缩的大小。常用的外加剂是粉煤灰，具体的掺入量要视具体情况而定。

合理进行温度控制

从具体情况来看，温度是混凝土裂缝问题的关键原因之一。如果我们想改善混凝土裂缝的控制，我们应该大力开展温度控制。其实，我们应该从内部和环境因素入手。有效控制内部结构固化温度的最根本目的是进一步降低低温水泥内部结构固化引起的内部结构温升。因此，员工在选择水泥类型时，应尽量使用这些类型的中低温水泥。此外，工作人员还应加强对低温水泥施用总量的控制。目前，更常见的方法是在水泥中添加一些外加剂。此外，相关人员应考虑当前桥梁建设的实际使用规定，在充分考虑各方面情况的前提下，适当减少公路桥梁混凝土的经营规模和用量。这可以帮助混凝土更快地释放热量，从而有效控制混凝土的外部环境温差。在检测环境因素温度的情况下，相关人员必须确保实时动态测量施工过程中的环境因素。如果他们发现在此阶段存在一些不可避免的极端外部标准，可能危及混凝土的具体应用效果，他们应在第一时间暂停项目建设。如果必须进行工程施工，则应采取适当的安全防护措施，以防止施工质量和工作人员的人身安全受到严重威胁。

施工方面控制

1.在整个浇注阶段，可以采取分块、分层等措施，减小浇筑速度，减小浇筑层的厚度，并在浇筑时适当释放热量；合理的施工工艺，避免温度相差太大。2.在施工中，应对水泥的配制与坍落率进行严格的调控，以确保其振捣品质。为了保证混凝土的浇筑品质，严禁在下雨天进行。3.在施工场地内，因季节的变化，采用的温度调控方法也不尽相同。在夏天的建筑过程中，应尽可能地在温度较低的时段进行混凝土的浇注，如早上或晚上。另外，按照浇注的要求，可以采取给混凝土加冰的方式，也可以设置降温管道进行冷却等措施。在冬天，尽可能避免出现最低温度，采取保温措施。4.在混凝土的保温、保湿及补水层的设计中，要格外重视。可以采取储水式或覆盖式的方法。在夏天，由于夏天的气温比较高，所以需要更多的水分和养护。反之，由于水泥的保水性的不足，加上外界温度的不断升高，很可能造成更多的混凝土开裂；在冬天，要加强对混凝土的保护和保温。一般情况下，可以采用保温模版或其它隔热物质来维持温度。

妥善实施竣工养护

混凝土施工成果直接受到竣工养护工作的影响，但相关研究表明，这一阶段的重要性在许多桥梁施工混凝土施工中被忽视。在日常操作中，工作人员必须促进混凝土维护管理方法的正常实施，为室内混凝土的工作环境湿度和温度提供足够的保证，从而帮助工作人员更有效地完成混凝土内外温差的有效控制，这有利于有效提高劳动效率的发展趋势，从源头上，我们应该实施对建筑裂缝的合理控制。

通过对一期工程细节的分析，施工人员可以科学有效地调整养护工期。拆模工作后，必须在第一时间进行底部维护。同时，应采取适当的对策，防止严寒气温的危害，从而实现对温差的科学控制，防止混凝土结构在中后期和早期造成明显的裂缝问题。