鐵路橋梁工程中大體積承臺(tái)的混凝土裂縫成因與溫度控制措施

王 軍

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司)

鐵路橋梁工程中大體積承臺(tái)的混凝土裂縫成因與溫度控制措施

王 軍

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司)

大體積承臺(tái)出現(xiàn)裂縫的主要原因就是溫度應(yīng)力，因此在施工中應(yīng)注意從各個(gè)方面采用合理的措施對(duì)溫度應(yīng)力的增加進(jìn)行控制，使得混凝土降溫過(guò)程相對(duì)平緩，保證其整體的穩(wěn)定性，避免裂縫出現(xiàn)。

裂縫原因;水化熱;環(huán)境溫差;控制措施

1 鐵路橋梁工程中大體積承臺(tái)混凝土裂縫的成因分析

1.1 水泥水化熱

眾所周知混凝土在硬結(jié)的過(guò)程中因?yàn)樗嗟乃饔卯a(chǎn)生大量的熱量，在初始的幾天中最為明顯。由于混凝土是一種熱的不良導(dǎo)體，其內(nèi)部的熱量不能馬上散發(fā)，內(nèi)部熱量越聚越多，溫度提升很快，而混凝土表面溫度為環(huán)境溫度，隨著時(shí)間的發(fā)展，就形成了一種內(nèi)部降溫慢而外部降溫快的情況，從內(nèi)部到外部形成了一個(gè)溫度梯度。無(wú)論是水化升溫階段還是降溫階段此種溫度梯度始終存在于混凝土構(gòu)件中。因?yàn)闊崦浝淇s的關(guān)系中心部位的混凝土膨脹大而外部小，導(dǎo)致構(gòu)件的中心與表面質(zhì)點(diǎn)之間存在約束力，混凝土構(gòu)件的內(nèi)部產(chǎn)生壓力而表面則產(chǎn)生拉力。當(dāng)溫度梯度到達(dá)一定程度的時(shí)候表面拉力就會(huì)超過(guò)其表面的抗拉極限從而產(chǎn)生裂縫。在升溫的時(shí)候混凝土由于沒(méi)有充分硬化，受到的拉應(yīng)力小，產(chǎn)生的裂縫主要集中在表面。

就大體積混凝土而言，隨著水化反應(yīng)的接收以及不斷的散熱，從升溫階段轉(zhuǎn)為降溫階段，混凝土內(nèi)部的熱量向表面散發(fā)，降溫階段的中心溫度與表面也存在溫差，也會(huì)在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生約束力，使得產(chǎn)生收縮的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。如果收縮的拉應(yīng)力較大就會(huì)在中心形成高應(yīng)力區(qū)，如果此時(shí)的拉力大于此時(shí)的混凝土強(qiáng)度極限，其裂縫會(huì)貫穿結(jié)構(gòu)件，危害更大。

1.2 氣候因素

大體積混凝土尤其是鐵路施工中，氣候因素對(duì)其影響也起到較大的作用。外界氣候溫度高則澆筑時(shí)的溫度也就高，如外界氣溫下降則會(huì)對(duì)混凝土的降溫幅度產(chǎn)生影響，特別是在晝夜溫差較大的地區(qū)，會(huì)增加混凝土內(nèi)部與外部的溫度梯度。大體積混凝土的溫度是水化熱所產(chǎn)生的絕對(duì)溫度、澆筑溫度、結(jié)構(gòu)散熱等共同構(gòu)成的，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力改變的主要就是溫差。溫差大則應(yīng)力大。所以在溫度高的環(huán)境下，散熱不良混凝土水化時(shí)溫度可以達(dá)到60℃以上，且降溫緩慢;反之溫度低則外層散熱快而內(nèi)部慢，溫度梯度也會(huì)增加，也不利于防止裂縫出現(xiàn)。

1.3 約束條件

結(jié)構(gòu)件周圍的約束條件也是影響其形成裂縫的因素之一，因?yàn)榇篌w積混凝土的發(fā)熱與降溫的溫差大且伴有形狀的改變，而此時(shí)如果外部約束較大就會(huì)產(chǎn)生更大的應(yīng)力不平衡，這就使得溫度變化引起的應(yīng)力加劇，從而容易超出混凝土的抗拉極限就容易出現(xiàn)裂縫。

2 控制鐵路承臺(tái)大體積混凝土裂縫的措施

2.1 混凝土的配合比調(diào)整

針對(duì)大體積的承臺(tái)混凝土，設(shè)計(jì)主要考慮到其性能問(wèn)題，使用的年限相對(duì)較長(zhǎng)，所以其設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)降低其水化熱，同時(shí)又要滿足其耐久性、強(qiáng)度、防腐、泵送等一系列要求。

(1)水泥的選用:采用發(fā)熱量低的水泥和減少單位水泥用量是降低水化熱的最有效措施，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮中熱或者低熱水泥。

(2)骨料的選用:骨料的選擇也是一個(gè)重要的因素，連續(xù)級(jí)配的粗骨料與中砂作為的細(xì)骨料在施工中應(yīng)嚴(yán)格的控制粗細(xì)骨料的含沙量、含水量，這樣就可提高混凝土的均勻程度增加其抗裂的性能。

(3)摻合料:摻和一定的粉煤灰可以滿足其高性能的需求，同時(shí)也可以在一定的程度上降低水化熱。

(4)外加劑:摻入一定量的減水劑可以改善混凝土拌和的和易性，降低用水量，進(jìn)而降低灰水比，同時(shí)也可有效的降低混凝土溫度峰值的出現(xiàn)時(shí)間，相應(yīng)的提高了同齡期混凝土的拉應(yīng)力，降低了出現(xiàn)裂縫的幾率。

2.2 為混凝土設(shè)計(jì)控溫系統(tǒng)

(1)冷卻管系統(tǒng):在混凝土的內(nèi)部設(shè)計(jì)有冷卻管是一種平衡溫度的措施，冷卻管可以根據(jù)體積設(shè)計(jì)多層布置，水平向與豎向間距可以按照體積進(jìn)行調(diào)節(jié)，在70～80 cm之間，管道采用直徑為25 mm的鋼管，每層管道都設(shè)置有豎向出口。冷卻水管應(yīng)保證其防腐性能，并與鋼筋綁扎固定，防止?jié)仓谐霈F(xiàn)錯(cuò)位。使用前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試保證其密封性。冷卻水管完成冷卻功能后應(yīng)壓漿封閉。

(2)測(cè)溫系統(tǒng):為了控制混凝土的溫度梯度，在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中需要采集第一手的溫度資料，即測(cè)量混凝土的內(nèi)外溫差，考慮承臺(tái)的對(duì)稱性，在承臺(tái)的邊角1 m位置和對(duì)角線等位置預(yù)埋了測(cè)溫器件。利用數(shù)字是溫度表和溫度計(jì)分別對(duì)承臺(tái)的內(nèi)部與外部溫度進(jìn)行定時(shí)測(cè)量。采集的數(shù)據(jù)主要是不同施工階段的溫度，如入模溫度、不同齡期的溫度、養(yǎng)護(hù)溫度、環(huán)境溫度等。

水冷散熱:通水降溫并不是必須采用的措施，而是要根據(jù)實(shí)際的溫度改變的情況而定，如果采用的混凝土配合比較好其水化熱的溫度相對(duì)較低時(shí)，在施工中應(yīng)隨時(shí)檢查測(cè)量的內(nèi)部溫度改變，只有溫度大于65℃或者內(nèi)外溫度差大于20℃的時(shí)候才能進(jìn)行水冷降溫，否則不要急于通水。

2.3 施工控制

首先在混凝土澆筑的時(shí)候應(yīng)注意順序，墩身預(yù)留的鋼筋位置向外進(jìn)行澆筑，此時(shí)應(yīng)防止承臺(tái)的邊緣部位出現(xiàn)浮漿而造成表面裂縫;其次混凝土澆筑施工的時(shí)間如果很長(zhǎng)則應(yīng)對(duì)灰水比進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，盡量保證其坍落度是一致的，保證其和易性;第三，混凝土進(jìn)行泵送的時(shí)候配合比會(huì)在施工中產(chǎn)生泌水或者浮漿的情況，因此在施工中應(yīng)對(duì)模板進(jìn)行特殊處理，設(shè)置預(yù)留的孔洞以便在泌水或者浮漿的時(shí)候及時(shí)排除，以此保證混凝土的密實(shí)度;最后，承臺(tái)結(jié)構(gòu)中鋼筋的密集程度較大，采用不同長(zhǎng)度的鋼管作為導(dǎo)管進(jìn)行澆筑是十分必要的措施，這樣可以保證混凝土的下落高度不低于1.5 m，進(jìn)而控制離析的出現(xiàn)。

2.4 養(yǎng)護(hù)控制

養(yǎng)護(hù)也是降低裂縫出現(xiàn)幾率的重要措施，其主要目的就是保濕與保溫，保溫就是為了降低混凝土表面散熱的速度，降低梯度，防止表面出現(xiàn)裂縫;保濕則是為了防止混凝土表面出現(xiàn)收縮而產(chǎn)生裂縫。具體措施是利用草袋等對(duì)混凝土進(jìn)行覆蓋，并保持草袋的濕潤(rùn)，對(duì)其進(jìn)行灑水，保證表面處在濕潤(rùn)的狀態(tài)，但是不能使其到達(dá)飽水否則將失去了保溫的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際的測(cè)量中，可以采集到混凝土的溫度場(chǎng)變化，如渝利鐵路石板龍河2#墩承臺(tái)施工過(guò)程中，混凝土入模后其溫度會(huì)在24 h內(nèi)發(fā)生改變，溫度升高迅速，其溫度接近25℃，在入模后的55 h達(dá)到峰值，即62℃;此后溫度開(kāi)始下降，其下降的梯度為2.5℃每天，在10 d后其溫度梯度才趨于平緩。因此在實(shí)際工程中如果按照此種情況，混凝土承臺(tái)的內(nèi)部溫度沒(méi)有達(dá)到理論最高值65℃，其溫差梯度沒(méi)有達(dá)到20℃，就不要進(jìn)行水冷卻。否則在工程處如果出現(xiàn)了溫度差大于20℃就需要采用水冷的方式進(jìn)行降溫，渝利鐵路金竹灘大橋1#、2#墩程承臺(tái)因?yàn)闇囟葴y(cè)量的結(jié)果顯示其溫差大于20℃，因此采用了水冷方式對(duì)其降溫。實(shí)踐證明，混凝土溫度是沿著高度方向在中心呈現(xiàn)最高溫，向兩側(cè)逐漸降低，在距離頂面10 cm位置溫差最大，而底面因?yàn)橛蟹獾姿詼囟冉档洼^慢，而沿水平方向，從承臺(tái)中心到邊緣溫度逐漸下降。在采取降溫措施的時(shí)候應(yīng)考慮此種規(guī)律。

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U445.7

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1008-3383(2012)03-0111-01

2011-11-10

王軍(1978-)，男，助理工程師。