淺談沈丹客運專線大體積混凝土承臺裂縫控制措施

劉明明

（遼寧地質(zhì)工程職業(yè)學院，遼寧 丹東 118008）

1 工程概況

新建鐵路沈陽至丹東客運專線跨沈丹高速4號特大橋15#承臺尺寸為 22.6m×14.6m×3.5m+17.2m×10.2m×3.5m，上下兩層，上層混凝土方量為614.04m3，下層混凝土方量1154.86m3，混凝土總方量為1768.9m3，為大體積混凝土承臺。施工中大體積混凝土承臺裂縫問題普遍存在，裂縫一旦形成，特別是貫穿裂縫的出現(xiàn)危害極大，它會降低結(jié)構(gòu)的耐久性，削弱構(gòu)件的承載力，同時可能危害到橋梁的安全使用。

2 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是，結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的；二是，材料裂縫，主要是溫度應(yīng)力和混凝土自身收縮引起的。本文主要探討材料型裂縫，具體原因如下：

2.1 水泥水化熱引起的溫度裂縫

大體積混凝土從澆筑時起，到達到設(shè)計強度止，即施工期間產(chǎn)生的裂縫主要是由水泥水化熱引起的溫度變化造成的。升溫階段，混凝土表面溫度總是低于內(nèi)部溫度，依據(jù)熱脹冷縮原理，中心部分混凝土膨脹的速度要比表面混凝土快，中心部分與表面質(zhì)點間形成相互約束，中間屬于約束膨脹，不會開裂，表面屬于約束收縮，當表面拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。降溫階段，混凝土的體積會因自身溫度不斷降低而逐漸收縮，此時，由于地基或結(jié)構(gòu)其它部分的約束，混凝土的收縮受到限制，便會在混凝土中產(chǎn)生很大的溫度收縮應(yīng)力，溫度收縮發(fā)生時，混凝土強度并不高，抵抗開裂的能力就更差，一旦混凝土中溫度收縮應(yīng)力超過了混凝土當時齡期的抗拉強度，就會在混凝土中產(chǎn)生貫穿整個截面的裂縫。

2.2 混凝土自身的收縮

水泥水化硬化，水是必備的前提條件，但混凝土為了滿足施工和易性要求，通常所加水量是水泥水化所需水量的數(shù)倍，多余的水為游離水，這些水會逐漸向空氣中蒸發(fā)，引起體積的收縮，干縮與混凝土降溫產(chǎn)生的冷縮疊加增大了混凝土中的拉應(yīng)力，加劇了混凝土中裂縫的產(chǎn)生。實踐證明混凝土干縮引起的應(yīng)力值可達到溫度應(yīng)力值的30%以上。

3 大體積混凝土施工防裂措施

3.1 改善混凝土的材料性能

（1）水泥

由于溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，在保證混凝土強度的前提下，要盡量選擇早期水化熱低的水泥，施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥，與同等級的礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥相比，3d的水化熱可減少28%左右，由于水化膠凝數(shù)量不斷增加，水泥石強度也隨之增加，最后可能超過同強度等級的普通硅酸鹽水泥，充分利用混凝土的后期強度。

（2）礦物摻合料

在大體積混凝土中摻入礦物摻合料（粉煤灰、礦渣等），可以減少水泥用量，延長混凝土的凝結(jié)時間，有利于混凝土熱量的消散，同時改善混凝土的和易性和降低水化熱，從而減少混凝土的內(nèi)外溫差引起的拉應(yīng)力。

（3）粗細骨料及其含泥量

粗骨料應(yīng)盡可能選用顆粒較大級配良好的石子，細骨料宜采用級配良好的中砂和中粗砂，這樣孔隙率小，總表面積小，每立方米的水泥用量就小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產(chǎn)生有利。

含泥量是影響混凝土質(zhì)量的主要因素之一，含泥量過大直接影響混凝土的強度，干縮變、抗?jié)B性、抗凍融、耐磨損及和易性，會增加混凝土的收縮，降低其抗拉強度。因此，大體積混凝土中粗集料的含泥量不得大于1%，細集料的含泥量不得大于2%。

3.2 承臺混凝土澆筑方案

由于本承臺混凝土澆筑方量較大，為了防止出現(xiàn)混凝土溫度裂縫，采取了分層澆筑留水平施工縫的方法，減少混凝土一次澆筑量，施工安排整個承臺分5次澆筑完成。下層混凝土澆筑分3次完成，每次澆筑1.17m，385m3；上層混凝土澆筑分2次完成，每次澆筑1.75m，307.02m3，每次澆筑完待混凝土初凝后在其表面注水20cm養(yǎng)護3天，再進行下一次澆筑。

3.3 控制混凝土的入模溫度

混凝土的入模溫度的高低對于混凝土早期溫度產(chǎn)生和發(fā)展有著很大影響，入模溫度過高會導致混凝土內(nèi)部升溫過快，與外界和表面溫差過大，從而大大增加混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫的機率。入模溫度過低會嚴重影響混凝土強度、特別是早期強度的正常增長，從而影響結(jié)構(gòu)的使用。

澆筑大體積混凝土時應(yīng)選擇較適宜的氣溫，盡量避開炎熱天氣澆筑，并選擇一天中氣溫較低的時間段施工?；炷寥肽囟炔灰烁哂?0℃，冬期施工時，混凝土的出機溫度不宜低于10℃，入模溫度不應(yīng)低于5℃。

3.4 冷卻管的埋設(shè)及通水冷卻

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》中規(guī)定：混凝土養(yǎng)護期間，混凝土芯部溫度不宜超過60℃，最高不得大于65℃，混凝土芯部溫度與表面溫度之差、表面溫度與環(huán)境溫度之差不宜大于20℃。為了有效的控制溫差，本承臺混凝土澆筑時布設(shè)冷卻水管，冷卻水管宜采用導熱性能較好的鐵皮管，直徑宜為Φ50mm。橫縱向間距不大于1m，通水冷卻時應(yīng)保持水管暢通。設(shè)置冷卻管的混凝土層自澆筑開始，冷卻管內(nèi)必須立即通入冷水，連續(xù)通水10d～12d，出水口流量10L/min～12L/min，冷卻水應(yīng)取用未經(jīng)日光暴曬的自來水或流動的下層江水。混凝土澆筑過程及養(yǎng)護期間進行冷卻水循環(huán)，將構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的部分熱量隨時帶走，降低混凝土水化熱峰值，降低構(gòu)件的內(nèi)外溫差，從而最大程度地避免溫度裂縫的產(chǎn)生。

3.5 加強混凝土的養(yǎng)護

混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時灑水養(yǎng)護（在早期為避免外界溫度突變，混凝土表面要及時依次覆蓋薄膜、麻袋進行保溫），以保持混凝土表面經(jīng)常濕潤，這樣既減少外界高溫倒灌，又防止干縮裂縫的發(fā)生，促進混凝土的穩(wěn)定增長。連續(xù)養(yǎng)護時間不少于28d或設(shè)計齡期。

4 結(jié)語

總之，沈丹客運專線大體積混凝土承臺裂縫主要是由內(nèi)外溫差過大造成的，裂縫的出現(xiàn)不僅會降低承臺的滲透能力，影響承臺的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低承臺的耐久性。因此，大體積混凝土承臺施工時需要采用適宜混凝土材料，選擇合理的混凝土澆筑方案、控制混凝土的入模溫度、對混凝土進行有效的降溫、減少溫度應(yīng)力、加強混凝土的養(yǎng)護等。

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