墩（臺(tái)）身混凝土裂紋預(yù)防措施

國(guó) 旗

（中鐵大橋局集團(tuán)有限公司 第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 采用措施

1.1 混凝土配合比優(yōu)化措施

水泥在水化過(guò)程中將釋放大量的熱量，這是大體積混凝土內(nèi)部溫升的主要熱量來(lái)源。而大體積混凝土結(jié)構(gòu)體積龐大，所用水泥總量較大，在斷面尺寸較大的情況下散熱較慢、內(nèi)部熱量不斷積聚導(dǎo)致溫升過(guò)高。

工程實(shí)踐中，通過(guò)優(yōu)化混凝土的配合比設(shè)計(jì)，摻加適量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化熱溫升，使大體積混凝土施工中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

由于考慮混凝土抗凍要求，混凝土拌合物的含氣量控制在5%以上；為了滿(mǎn)足混凝土的耐久性需要，提高混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土配合比采用“雙摻”，即摻加礦粉和粉煤灰，在不改變混凝土性能的情況下，可以有效的減少水泥用量，降低混凝土水化熱對(duì)于大體積結(jié)構(gòu)物的影響。同時(shí)，摻礦粉混凝土拌和物還有一線優(yōu)點(diǎn)：①凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，坍落度損失小，對(duì)夏季施工有利；②拌和物粘聚性增加，和易性較好，不易分層離析，可泵性好；③混凝土泌水減少，對(duì)減少沉降開(kāi)裂有利。

1.2 混凝土原材料的選取

粗集料優(yōu)先選用5～40mm石子，含泥量小于1%，針、片狀含量小于15%（重量比）。粗骨料的良好級(jí)配，是保證混凝土的和易性，優(yōu)化配合比各項(xiàng)性能指標(biāo)的必要條件，因此，墩臺(tái)大體積混凝土使用級(jí)配良好的粗集料。

為了減少大體積混凝土收縮變形，細(xì)集料的含泥量應(yīng)小于2%，泥塊含量（顆粒大于1.25mm，經(jīng)水洗碾后，可破碎成小于0.63mm的顆粒）按重量計(jì)小于0.5%，其石粉含量應(yīng)控制在1%以?xún)?nèi)。墩臺(tái)大體積混凝土用細(xì)集料宜使用級(jí)配良好的Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.3～3.0，以保證混凝土的良好和易性、優(yōu)化混凝土配合比的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

1.3 混凝土施工工藝措施

1.3.1 拌制

夏季高溫施工要對(duì)拌合水加冰進(jìn)行充分冷卻，確?；炷恋娜肽囟刃∮?0℃，這將有效避免澆注后的混凝土內(nèi)部溫升，從而有效控制因溫差而引起的混凝土表面裂縫。

冬季施工時(shí)要對(duì)拌合水和砂、石進(jìn)行加溫處理，由此提高混凝土的出機(jī)溫度，確保出機(jī)溫度不低于10℃，入模溫度不低于5℃，防止混凝土在澆注過(guò)程中凍結(jié)，這將有效防止混凝土凍脹病害。

1.3.2 運(yùn)輸及澆筑

（1）夏期混凝土運(yùn)輸及澆筑

混凝土澆注時(shí)應(yīng)盡量選擇在一天溫度較低的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，混凝土入模溫度控制在30℃以?xún)?nèi)；

澆注現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采取遮蔭措施，以降低模板、鋼筋的溫度和改善工作條件；也可在模板外側(cè)、鋼筋上噴水降溫，在鋼筋上噴水降溫時(shí)避免沖刷模板內(nèi)表面，同時(shí)模內(nèi)積水應(yīng)及時(shí)清除，在澆注時(shí)鋼筋上不能有附著水。

（2）冬季混凝土的運(yùn)輸及澆筑

混凝土澆注時(shí)應(yīng)盡量選擇在一天溫度較高的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，混凝土入模溫度控制在5℃以上；

澆注現(xiàn)場(chǎng)需嚴(yán)格控制混凝土的坍落度，坍落度以16～18cm為宜，在澆注現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定頻次每50m3進(jìn)行儀器檢測(cè)一次，嚴(yán)格控制坍落度將有效控制混凝土的裂紋。

1.3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

（1）混凝土澆注完成后，其裸露表面應(yīng)立即覆蓋浸濕不滴水的清潔毛氈或粗麻布。逐塊揭開(kāi)毛氈收面，然后逐塊覆蓋。然后裸露表面全部采用浸濕不滴水的清潔毛氈或粗麻布覆蓋，在混凝土表面完全硬化后加大灑水量，并經(jīng)常灑水，保持濕潤(rùn)狀態(tài)最少7天，嚴(yán)禁形成干濕循環(huán)。在模板外側(cè)表面也應(yīng)經(jīng)常灑水，保持濕潤(rùn)。

（2）冬期混凝土的養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆注過(guò)程中即升火爐燒水保溫保濕，墩身及時(shí)通冷卻水降低芯部溫度，按規(guī)定時(shí)間間隔記錄混凝土芯部溫度、表層溫度、棚內(nèi)氣溫，確保溫差小于20℃。混凝土芯部溫度不超過(guò)60℃，最大不超過(guò)65℃，淋注于混凝土表面的養(yǎng)護(hù)水溫度低于混凝土表面溫度時(shí)，二者溫差不得大于15℃。

1.3.4 表面處理

（1）混凝土收縮裂縫

產(chǎn)生的收縮裂縫，可向裂縫內(nèi)塞填入干水泥粉，再抹壓水泥凈漿，再用干水泥粉（白色干水泥和黑水泥按一定比例摻合，其摻合比例由試驗(yàn)調(diào)配）擦抹粉飾。

（2）混凝土溫度裂縫

對(duì)于表面裂縫，應(yīng)視裂縫寬度和形態(tài)決定采取何種處理方式，對(duì)裂縫寬度不大于0.1mm的裂縫，由于后期水泥生成氫氧化鈣、硫酸鋁鈣等類(lèi)物資，炭化作用能使裂縫自行愈合，可不處理或只進(jìn)行表面封閉處理即可。

對(duì)于縫寬大于0.1mm的較深或貫穿性裂縫，應(yīng)根據(jù)裂縫可灌程度，采用灌水泥漿或化學(xué)漿液（環(huán)氧、甲凝或丙凝漿液）方法進(jìn)行裂縫填實(shí)，并同時(shí)采用涂環(huán)氧膠泥及抹水泥凈漿等方法進(jìn)行表面封閉處理。

（3）泛沙

局部和大面積產(chǎn)生的泛沙，可以先將表面浮沙擦掉，再用清水將表面潤(rùn)濕，然后采用凈水泥漿（白色干水泥和黑水泥按一定比例摻合，其摻合比例由試驗(yàn)調(diào)配）抹平，并做好保濕養(yǎng)護(hù)護(hù)，防止其產(chǎn)生收縮裂縫。

（4）局部砼缺石性裂縫或脫皮

如果裂縫較嚴(yán)重，需將病害部位的無(wú)骨料混凝土全部鑿除，然后采用水泥砂漿抹平，進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

如果裂縫不很?chē)?yán)重，則將脫皮敲、鑿除，采用水泥凈漿（白色干水泥和黑水泥按一定比例摻合，其摻合比例由試驗(yàn)調(diào)配）抹平處理，做好保濕養(yǎng)護(hù)。

1.4 溫度控制

1.4.1 水管冷卻

大體積混凝土施工時(shí)，采取布設(shè)冷卻管的方案進(jìn)行人工降溫，確保墩身內(nèi)部與構(gòu)件表面溫差小于20°C。在冬季施工時(shí)，一定要注意冷卻水和混凝土本身的溫差不能太大，可以采用使用循環(huán)水的方法，將進(jìn)水口溫度調(diào)高。

水管冷卻過(guò)程通常分為兩期：一期冷卻和二期冷卻。一期冷卻是在混凝土剛澆筑完甚至在澆筑時(shí)就開(kāi)始進(jìn)行，以消減水化熱升；二期冷卻是在后澆帶澆筑前進(jìn)行的，主要目的是為了把混凝土溫度降低至穩(wěn)定溫度。

1.4.2 保溫措施

冬季施工時(shí)，為減小墩身帽砼內(nèi)外溫度梯度，避免砼開(kāi)裂，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)采取暖棚法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)物的保溫。

墩身混凝土在澆筑前，先將墩身四周搭設(shè)鋼管支架并用帆布全部覆蓋，混凝土澆筑完畢及時(shí)收漿抹面，同時(shí)在墩身四周設(shè)置大孔眼煤爐并燒開(kāi)水，利用暖棚法進(jìn)行保溫、保濕。

暖棚內(nèi)通過(guò)大孔眼煤爐加熱保濕后，最低溫度不能低于5℃，煤爐產(chǎn)生的煤煙建議用煙囪排出棚外，根據(jù)掌握的墩身芯部、表層、棚內(nèi)溫度之間的溫差關(guān)系對(duì)棚內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)整，使其滿(mǎn)足溫差要求，避免溫度裂縫。

1.5 對(duì)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中其他因素產(chǎn)生裂紋的控制

1.5.1 外部環(huán)境

大體積混凝土所產(chǎn)生的裂縫，絕大多數(shù)是表面裂縫，但是其中有一部分會(huì)發(fā)展成為深層或貫穿裂縫，影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。

引起表面裂縫的主要原因是混凝土的收縮和溫度應(yīng)力，而引起表面拉應(yīng)力的溫度因素有：氣溫變化、水化熱和初始溫差。氣溫變化影響的類(lèi)型主要分為三種：寒潮、年變化及日變化。寒潮形成的“冷擊”通常是導(dǎo)致表面裂縫的重要原因，而季節(jié)溫差（冬季降溫）也是引起表面裂縫甚至深層裂縫的重要原因，雖然氣溫日變化的周期較短、影響較小，但是在某些特殊的天氣條件下，也會(huì)導(dǎo)致大體積混凝土表面開(kāi)裂。

1.5.2 完善構(gòu)造設(shè)計(jì)，改善約束條件

（1）改善外約束條件

大體積混凝土出現(xiàn)貫穿裂縫的主要原因是結(jié)構(gòu)在降溫至穩(wěn)定溫度場(chǎng)的過(guò)程中，其收縮變形受到基礎(chǔ)約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)使用要求的前提下，因充分考慮基礎(chǔ)的約束情況，特別是巖石等強(qiáng)度較高的地基的約束。

（2）避免應(yīng)力集中

由于溫度變化及混凝土的收縮變形，在斷面突變位置、轉(zhuǎn)角部位等應(yīng)力集中區(qū)域是易于開(kāi)裂的地方。因此，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可在墩身斷面突變處作過(guò)渡處理，并在轉(zhuǎn)角部位和過(guò)渡區(qū)設(shè)置構(gòu)造抗裂鋼筋。

2 實(shí)際裂紋情況及改進(jìn)措施

2.1 原因分析

大體積混凝土施工溫度控制的本質(zhì)是：控制大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度拉應(yīng)力不超過(guò)混凝土相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度。

大體積混凝土工程施工過(guò)程中，在內(nèi)部因素（溫度收縮、水化收縮、高性能混凝土彈性模量增長(zhǎng)、抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)），外部環(huán)境條件（氣溫變化、風(fēng)速、濕度）、基礎(chǔ)約束條件及施工工藝的共同影響下，可能產(chǎn)生三種裂縫：表面裂縫、干縮裂縫、約束裂紋。

2.2 處理及預(yù)防改進(jìn)措施

2.2.1 合理分層澆筑

當(dāng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，整體一次性澆筑會(huì)產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力，并導(dǎo)致裂縫時(shí)，因此，采用合理的分層澆筑方案，可直接降低收縮應(yīng)力，避免墩身混凝土開(kāi)裂。

2.2.2 優(yōu)化施工配合比，合理選擇原材料

（1）工程實(shí)踐中，通過(guò)優(yōu)化混凝土的配合比設(shè)計(jì)，摻加適量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化熱溫升，使大體積混凝土施工中的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

（2）對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)，一般應(yīng)該優(yōu)先采用水化熱低的礦渣、火山灰水泥和粉煤灰水泥。同時(shí)，體積安定性不良的水泥會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，應(yīng)該做為廢品處理，決定不能用于大體積混凝土工程施工。

（3）粗集料的良好級(jí)配，是保證混凝土的和易性，優(yōu)化配合比各項(xiàng)性能指標(biāo)的必要條件，因此，墩臺(tái)大體積混凝土應(yīng)使用級(jí)配良好的粗集料。

（4）墩臺(tái)大體積混凝土用細(xì)集料宜使用級(jí)配良好的Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.3～3.0，以保證混凝土的良好和易性、優(yōu)化混凝土配合比的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2.2.3 優(yōu)化施工工藝，加強(qiáng)施工管理

（1）控制混凝土澆筑溫度

混凝土的內(nèi)部溫度是水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度的疊加；澆筑溫度越高，混凝土的內(nèi)部溫度值也越高。因此，施工過(guò)程中應(yīng)該嚴(yán)格控制混凝土的澆筑溫度。特別是在墩臺(tái)身冬季施工時(shí)要保證混凝土的出機(jī)溫度不小于10°C，入模溫度不低于5°C。

（2）優(yōu)化施工工藝

大體積混凝土宜采取分層澆筑，以有效增加散熱，降低水化熱溫升。另外，混凝土的收縮值和極限拉伸值，除與水泥用量、骨料品種和級(jí)配、水灰比、骨料含泥量等因素有關(guān)外，還與施工工藝和養(yǎng)護(hù)密切相關(guān)。因此，優(yōu)化施工工藝：如改善混凝土的攪拌工藝可提高拌和物的均勻性、進(jìn)行二次振搗可增加混凝土的密實(shí)度、完善養(yǎng)護(hù)工藝及制定科學(xué)、合理的養(yǎng)護(hù)工藝等，可以在一定程度上減少混凝土的收縮和提高混凝土的極限拉伸值，這對(duì)防止裂縫的產(chǎn)生也可以起到一定的作用。