橋梁大體積混凝土裂縫控制與防治措施

吳榮 徐天亮

摘要：近些年來，隨著我國經濟的高速發展，橋梁工程技術突飛猛進，對于橋梁的質量要求也越來越高。橋梁混凝土工程中，由于多種原因的綜合引起橋梁結構物出現裂縫，嚴重的影響了橋梁的使用壽命和使用安全問題。對于這種情況，科研施工人員必須加強對橋梁大體積混凝土裂縫的控制與防治研究。文章針對橋梁大體積混凝土裂縫產生的原因以及防控措施進行了簡要的闡述。

關鍵詞：橋梁；混凝土裂縫；控制；防治

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

隨著大型橋梁建設工程的出現，橋梁施工技術不斷創新，施工方案也變得多種多樣。雖然水泥混凝土在橋梁施工過程中的應用是最為常見的，但是大體積混凝土在各種外界因素的影響下，常會出現裂縫的情況，故而應該采取積極的措施對混凝土裂縫問題進行分析研究。

一、混凝土裂縫產生的原因

（一）溫濕度的影響

在橋梁結構工程中，會有大量的混凝土工程施工。大體積混凝土在澆筑、養生過程中，由于混凝土體積大、厚度大，其表面與內部散熱速度極不一致，水化熱作用形成內外溫差，受物理學熱脹冷縮的影響，大體積混凝土應用在橋梁工程后，溫度過低時，混凝土會出現收縮的情況，而后隨著溫度的升高，混凝土會膨脹，混凝土受內外應力不均衡的影響就會出現裂縫。在橋梁結構工程中，會應用到大量的鋼架結構，如果混凝土中濕度過大，距離混凝土最近的鋼架結構就會產生銹蝕，從而使鋼架的承重能力產生一定的影響，進一步使得一部分的力由混凝土結構代替鋼架承擔，混凝土的承力過大就會造成裂縫出現。大量裂縫的出現就會使得橋梁的使用壽命受到影響，甚至引發安全問題。

（二）收縮力的影響

大體積混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的，塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自身收縮和碳化收縮。收縮裂縫產生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土表面水分的蒸發速率大于其泌水速率，在固體顆粒表面產生毛細管張力，混凝土收縮所產生的拉應力大于混凝土本身的抗拉強度而產生裂縫。收縮引起的裂縫是不規則的，類似龜紋，經常出現在現澆混凝土后數周或數月。

（三）基礎變形的影響

基礎沉降變形也是混凝土裂縫的原因之一，現澆混凝土裂縫主要有兩方面原因：一方面是由于混凝土在塑性狀態下模板基礎、支架等有不均勻沉降，使局部混凝土變形受約束而產生裂縫；另一方面是由于過振和重力作用使混凝土中較重顆粒下沉而使水泥漿上浮，混凝土分層明顯，上下物質不均勻，再受到鋼筋、模板作用時就會產生裂縫。

（四）凍脹引起裂縫

當氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現冰凍，游離的水轉變成冰，體積膨脹9％，因而混凝土產生膨脹應力；同時混凝土凝膠孔中的過冰水(結冰溫度在-78℃以下)在微觀結構中遷移和重分布，使混凝土膨脹力加大，混凝土強度降低，導致裂縫出現。這樣的裂縫就會影響橋梁工程的安全系數，在橋梁投入使用的過程中，存在一定的安全隱患。

二、混凝土裂縫的防控措施

（一）優化工程設計

雖然大體積混凝土不布置鋼筋或者布筋較少，我們還是可以在裂縫易發生部位（如孔洞周圍以及轉角處）布置一些斜筋，從而讓鋼筋代替混凝土承擔拉應力，這樣可以有效的控制裂縫的發生。同時為了避免裂縫的出現，在設計中可選用中低強度的水泥，在保證設計強度的基礎上，盡量減少水泥用量，充分利用混凝土的后期強度。在工程結構設計中要特別注意降低結構的約束度，對于混凝土中鋼筋保護層的厚度應當盡量取較小值，因為保護層的厚度愈大愈容易發生裂縫。

（二）充分利用混凝土的強度特點

根據混凝土工程特點，為了滿足混凝土強度和耐久性，同時減少水化熱和收縮，可以適當減少單位用水量和水泥用量，充分利用混凝土后期強度。因為大體積混凝土施工期限長，不可能28d 向混凝土施加設計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期向后推遲至56d或者90d是合理的?；谶@一點，國內外很多專家均提出類似的建議。這樣充分利用后期強度則可以每立方米混凝土減少水泥 40Kg～70Kg 左右，混凝土內部的溫度相應降低 4 ℃～7 ℃。

（三）選擇合適的水泥品種

在條件許可情況下, 應優先選用收縮性小的或具有微膨脹性的水泥。理論研究表明大體積混凝土產生裂縫的主要原因就是水泥水化過程中釋放了大量的熱量，而水泥釋放溫度的大小及速度取決于水泥內礦物成分的不同，對于橋梁中的大體積混凝土應該選擇低熱或者中熱的水泥品種。水泥礦物中發熱速率最快和發熱量最大的是鋁酸三鈣，其他成分依次為硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣.

（四）混凝土中添加外料

在大體積混凝土中摻入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密實度，提高抗滲能力，改善混凝土的工作性，降低最終收縮值，減少水泥用量。要降低大體積混凝土的水泥水化熱引起的內部溫升，防止結構出現溫度裂縫，利用粉煤灰作混凝土的摻合料是最有效的方法之一。外加劑可以從以下幾個方面來選擇，UFA 膨脹劑，它可以等量替換水泥，并且使混凝土產生適度的膨脹。一方面保證混凝土的密實度，另一方面使混凝土內部產生壓力，以抵消混凝土中產生的部分拉應力。

（五）選擇合適的骨料

優選混凝土中各種原材料。骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積75% 左右，在骨料的類型選擇上應選擇膨脹系數小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。粗骨料的含泥量應盡量控制在1%以下，細集料一般控制在2%以下，在骨料的選擇上應該選取粒徑大、強度高、級配好的石料。這樣可以獲得較小的空隙率及表面積，從而減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減少混凝土裂縫的產生。

(六)加強現場施工控制

為了防止大體積混凝土工程出現較多的裂縫，就要加強科學管理，精心組織施工控制，從而防治大體積混凝土裂縫的出現。例如在施工過程中，密切關注混凝土的澆筑塊的溫度，及時調整混凝土的施工配合比，混凝土澆筑過程中，根據實際情況計算安排分塊、分層澆筑，加強振搗距離和插入深度控制，嚴防漏振和過振，注意初凝時間前搭接控制，對于體積特別大的混凝土，可以事先在混凝土內埋設冷卻水管，利用循環水降低體內溫度，減少內外溫差，這都是可以防止裂縫出現的施工技術措施。

大體積混凝土的施工過程包括混凝土的生產、運輸、澆筑和溫濕度控制，是保護大體積混凝土溫度裂縫的關鍵環節。而熱應力的控制手段主要是控制混凝土的內外溫差△T：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp —起始澆筑溫度；Tr —水泥水化溫升；Tf—天然或人工冷卻后澆筑塊的穩定溫度。

在溫度較高的情況下進行施工，我們一定要注意降低混凝土澆筑時的入模溫度?？梢栽谑┕がF場對堆在露天的砂石搭棚遮蓋，以減少陽光對其的輻射，同時對澆筑前的砂石用冷水降溫，在攪拌過程中向混凝土中添加冰水，以上這些措施都可以有效的降低混凝土的入模溫度。如果是在冬季進行施工，因為要防止早期混凝土被凍問題，所以要求混凝土澆筑時應該具有較高的澆筑溫度?；炷翝仓囟仍诙臼┕r一般以5℃～10℃為宜，在澆筑混凝土以前還應該對基礎及新混凝土接觸的冷壁用蒸汽預熱，對原材料應視氣溫高低進行加熱，加熱石料時應避免過熱和過分干燥，另外還要注意運輸中的保溫、澆筑過程中減少熱量的損失。

(七)混凝土養護

養護是混凝土工程施工的一項十分關鍵的工作， 混凝土澆筑完畢后,應及時按溫控技術措施的要求進行保溫和保濕養護,保溫養護措施應使混凝土澆筑塊體的內外溫差及降溫速度滿足溫控指標的要求，持續時間應根據溫度應力加以控制和確定；保溫的同時應保持混凝土表面的濕潤，使混凝土在良好的環境條件下養護不少于14d。保溫保濕養護能控制混凝土內部與表面溫差，促進混凝土強度的正常發展，防止混凝土裂縫的產生和發展。

結束語

如果橋梁出現了大體積混凝土裂縫，就會影響到整個橋梁工程的使用壽命以及安全性，施工技術人員應在施工過程中嚴格的按照設計標準和技術方案要求進行施工組織，重視施工過程中溫度、濕度、配合比、現場控制等各個方面的環節，防治橋梁大體積混凝土裂縫的出現，保證橋梁結構物的使用壽命，提高結構物使用效果。

參考文獻

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