橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土施工裂縫控制

趙海青

（中鐵二十局集團第二工程有限公司，北京 100142）

橋梁基礎(chǔ)質(zhì)量在很大程度上決定著橋梁的最終質(zhì)量，橋梁基礎(chǔ)多為大體積混凝土基礎(chǔ)，目前施工中由于對大體積混凝土未能充分認識，同時由于混凝土應(yīng)用條件的多樣性和水泥混凝土體系自身的復(fù)雜性導致在施工后經(jīng)常出現(xiàn)裂縫，其不僅影響了混凝土的外觀質(zhì)量也在一定程度上影響了最終質(zhì)量，對基礎(chǔ)的受力性能、抗?jié)B防水性及鋼筋銹蝕等都會產(chǎn)生危害，最終降低橋梁的使用壽命甚至導致工程失敗。

1 裂縫形成原因分析

1.1 材料性能影響

1.1.1 混凝土

混凝土澆筑完成后，內(nèi)部水泥與水分發(fā)生水化反應(yīng)而產(chǎn)生水化物，同時水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，大量熱能通過傳導到結(jié)構(gòu)表面釋放，該階段導致內(nèi)部熱能積聚較快，導致混凝土內(nèi)部溫度急劇增加、體積迅速膨脹，但結(jié)構(gòu)表面則散熱較快，由此導致結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生溫差，該溫差導致結(jié)構(gòu)內(nèi)外熱脹冷縮產(chǎn)生形變并受到外部邊界條件的約束而引起較大的溫度應(yīng)力，當該應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時則產(chǎn)生裂縫。

1.1.2 骨料

目前國內(nèi)骨料及摻和料的性能和質(zhì)量存在很大差異，因此骨料和摻和料使用不當也是造成混凝土開裂的原因之一，經(jīng)驗表明，堿骨料反應(yīng)對裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展具有較大影響。

1.1.3 外加劑

水化過程涵蓋了混凝土初凝、終凝直至強度達到的整個過程，其中初凝時間的控制具有重要作用，而外加劑則可減慢水化熱釋放速率而利于熱量消散。

1.2 混合物結(jié)構(gòu)影響

1.2.1 均勻性

混凝土拌和是將各組分均勻分部的過程，在混凝土拌和后到澆筑失去流動性的過程中若操作工藝不合理將會導致內(nèi)部各組分密度不同，由于水泥控制著水化熱能，也是控制熱脹冷縮的根本因素，若其分部不均則將導致水泥水化——硬化過程中的均勻性遭到破壞，從而引起混凝土結(jié)構(gòu)強度出現(xiàn)不均勻?qū)е铝芽p產(chǎn)生。

1.2.2 密實性

混凝土密實性不同將導致結(jié)構(gòu)的滲透性差異，其在養(yǎng)護過程中外界水分子的滲入也將產(chǎn)生變化進而影響水泥水化作用和水化熱的釋放，在后期使用中將引起內(nèi)部力學性能不同，密實性差的部分抵抗結(jié)構(gòu)外力的性能也相對較差，從而易導致裂縫產(chǎn)生。

1.3 使用環(huán)境影響

1.3.1 溫度

當混凝土結(jié)構(gòu)外界環(huán)境溫度和自身溫度存在較大差別將影響混凝土表層和內(nèi)部混凝土的膨脹和收縮，最終導致裂縫產(chǎn)生。

1.3.2 濕度

環(huán)境濕度影響著混凝土的濕張干縮現(xiàn)象，在混凝土養(yǎng)護過程中若濕度過小則將導致結(jié)構(gòu)內(nèi)水分子向環(huán)境散失，最終將導致干縮裂縫產(chǎn)生。

1.3.3 外力約束

混凝土在強度發(fā)展階段，若混凝土的收縮或膨脹力大于其受到的外界約束反力時則結(jié)構(gòu)的約束條件將被破壞，而當結(jié)構(gòu)收縮力小于約束反力則將導致裂縫產(chǎn)生。

1.3.4 外力大小

當混凝土使用過程中受到的外力大于其承受極限或在強度形成過程中違規(guī)承受荷載也會產(chǎn)生裂縫。

2 裂縫控制措施

2.1 設(shè)計角度

橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)則，適當設(shè)置伸縮縫或后澆帶，實現(xiàn)施工中減少一次澆筑長度既可降低約束應(yīng)力也可將水泥水化熱從時間和空間角度分散，降低溫升，同時也可通過將大體積簡化為規(guī)則結(jié)構(gòu)而減小應(yīng)力集中。

設(shè)計時應(yīng)適當增加其配筋率，在轉(zhuǎn)角和交界面部位應(yīng)設(shè)置分布筋，在二次澆筑時應(yīng)加設(shè)鋼筋網(wǎng)或聚丙烯纖維網(wǎng)以增強混凝土抗拉能力。

2.2 材料控制

2.2.1 水泥

應(yīng)選擇低水化熱或中水化熱、抗裂性能好的水泥，同時水泥細度不應(yīng)過大以免因細度過大增加水化熱，盡量避免使用早強或高強水泥。

2.2.2 骨料

宜選擇質(zhì)地堅硬、清潔、空隙率較小、熱膨脹系數(shù)小的骨料，并應(yīng)控制骨料含泥量以免泥塊遇水膨脹在失水后產(chǎn)生較大干縮，應(yīng)選用級配良好的骨料以減少水泥用量；宜選用粗中砂并應(yīng)盡量降低含砂率。

2.2.3 摻和料

粉煤灰代替部分水泥可減小水化熱及改善拌合物的和易性，并可以降低混凝土早期強度而不影響其后期強度因，而可增強混凝土的抗裂能力。

2.2.4 外加劑

摻加膨脹劑可使混凝土產(chǎn)生較大自應(yīng)力值來補償混凝土的自收縮減少其溫度應(yīng)力，既可防止裂縫產(chǎn)生也可提高其抗?jié)B能力實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自身防水能力；摻加減水劑可減小水灰比，減少水泥用量降低水化熱，從而延緩混凝土的初終凝時間，使水泥水化熱峰值趨于平緩，避免其內(nèi)部溫差引起溫度應(yīng)力。

2.3 施工控制

2.3.1 控制入模溫度

大體積混凝土入模溫度應(yīng)不超過35 ℃，以實現(xiàn)延緩升溫速度、減小其內(nèi)外溫差。一般通過控制原材料溫度、運輸澆筑過程中的溫升和選擇澆筑時間等控制入模溫度。原材料溫度控制主要指降低水溫和水泥溫度及通過搭設(shè)涼棚、通風等措施降低骨料溫度；縮短混凝土出機到入模時間及在運輸過程中采取隔溫隔熱措施等來控制運輸澆筑過程中的溫升；在高溫季節(jié)宜選擇早晚、夜間或陰天澆筑施工。

2.3.2 分層澆筑

施工中澆筑層厚度應(yīng)根據(jù)拌和能力、運輸能力、澆筑速度及振搗能力確定，在滿足條件的前提下應(yīng)盡量減少一次澆筑厚度，減緩澆筑速率以實現(xiàn)利用澆筑面散熱，但應(yīng)確保在下層混凝土初凝前澆筑上層混凝土。

2.3.3 二次振搗

在混凝土初凝前對已澆筑混凝土進行重復(fù)振搗和抹面以避免混凝土由于沁水、骨料下沉等產(chǎn)生沉縮裂縫，并可提高其密實度和抗拉強度減小混凝土收縮變形增強抗裂性。

2.3.4 水管冷卻

在施工過程中易在基礎(chǔ)內(nèi)布設(shè)薄壁黑鐵管作為冷卻水管，澆筑后采取在水管內(nèi)通水冷卻混凝土的方法來增強水化熱的散失。

2.4 養(yǎng)護控制

混凝土澆筑完畢后養(yǎng)護前應(yīng)盡力避免陽光暴曬，塑性混凝土應(yīng)在澆筑完成6 h～18 h內(nèi)開始灑水養(yǎng)護，低塑性混凝土則應(yīng)在澆筑完成后立即噴霧養(yǎng)護，并及早灑水養(yǎng)護；養(yǎng)護期間應(yīng)保證養(yǎng)護工作連續(xù)進行，始終保持表面的濕潤程度及適宜的溫度；一般大體積混凝土養(yǎng)護時間不應(yīng)小于21 d，應(yīng)根據(jù)混凝土強度和內(nèi)外溫差決定拆模時間并應(yīng)避免夜間或氣溫驟降時拆模，若必須在溫度驟降期間拆模則必須保證在拆模后采取有效保護措施，并保證拆模后立即進行回填。

3 結(jié)束語

橋梁基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫的存在、擴展可縮短混凝土的使用壽命甚至危及結(jié)構(gòu)安全而影響結(jié)構(gòu)的正常使用，由于裂縫產(chǎn)生因素較多，所以對其控制應(yīng)從設(shè)計、材料、施工及養(yǎng)護等環(huán)節(jié)全方位控制，才能減少裂縫產(chǎn)生增強其使用性能、壽命。

1 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997

2 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社，1999