橋梁工程大體積混凝土裂縫的控制

文/袁松 太平洋建設(shè)集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210029

橋梁工程大體積混凝土裂縫的控制

文/袁松 太平洋建設(shè)集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210029

在橋梁工程施工中經(jīng)常會遇到大體積混凝土澆筑的質(zhì)量控制問題，本文重點(diǎn)分析了大體積混凝土澆筑的質(zhì)量控制要點(diǎn)，提出了降低混凝土澆筑溫度、優(yōu)化配比、優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計(jì)、加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)等防止混凝土產(chǎn)生裂縫的施工控制措施。

橋梁工程；混凝土裂縫；產(chǎn)生的原因；控制的措施

前言：

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加快，橋梁工程的施工變的越來越普遍，橋梁工程施工中重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)大體積混凝土的施工裂縫更是顯得尤為重要。特別是一些大型橋梁中基礎(chǔ)和承臺中采用了大尺寸的設(shè)計(jì)，其施工條件復(fù)雜、混凝土澆筑量大、技術(shù)要求高，同時水泥較大的水化熱易產(chǎn)生收縮和溫度變形等橋梁施工中的質(zhì)量控制難題，進(jìn)而給工程的安全性、耐久性帶來不同程度的影響。本文從多個方面分析了混凝土裂縫問題的成因，提出了相關(guān)的解決措施。

一、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因：

1、荷載引起的裂縫：荷載裂縫主要有直接和次應(yīng)力裂縫2種，產(chǎn)生的原因主要有：

1）在結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，所使用的模型不合理，結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力的情況與計(jì)算不符合，荷載經(jīng)常少算或者漏算；也有可能鋼筋配筋與內(nèi)力計(jì)算錯誤，或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時考慮的安全系數(shù)不夠，沒有充分考慮現(xiàn)場實(shí)際施工的可操作性；另外在配筋設(shè)計(jì)時，鋼筋用量偏少或者鋼筋設(shè)計(jì)錯誤，剛度強(qiáng)度不夠也會經(jīng)常發(fā)生。

2）施工期間引起的堆載荷載引起的裂縫，施工過程中不注意施工工器具堆放的位置及重量，造成局部受壓過大；預(yù)制構(gòu)件在未到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度時，隨意的起吊、翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)移運(yùn)輸；在混凝土澆筑過程中隨意更改澆筑順序、改變結(jié)構(gòu)受力方式；在施工過程不能準(zhǔn)確進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度的驗(yàn)算等。

3）在結(jié)構(gòu)投入使用后，超設(shè)計(jì)的重載車輛通過、車輛之間發(fā)生的撞擊、自然因素發(fā)生的雨雪、大風(fēng)、冰雹等極端天氣。

2、溫度變化引起的裂縫：

混凝土本身具有熱脹冷縮的特性，特別是在施工階段受外部溫度影響比較大。當(dāng)外部氣溫下降時，特別是降幅比較大時，會極大的增加內(nèi)外混凝土的溫度梯度，從而產(chǎn)生相應(yīng)的溫度應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。另外混凝土內(nèi)外溫度發(fā)生較大的變化時，混凝土特別容易發(fā)生變形，同時變形在受到外部約束力時，會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過混凝土本身的強(qiáng)度時就會產(chǎn)生混凝土裂縫。

3、受冰凍引起的變形裂縫：

當(dāng)外部氣溫低于零度時，吸水飽和狀態(tài)下的混凝土就會受凍，自然狀態(tài)下的水就會結(jié)成冰，從而造成混凝土本身體積的極度膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同時冰水在微觀結(jié)構(gòu)中的重新分布，使得膨脹應(yīng)力進(jìn)一步加大，從而導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

4、混凝土收縮變形引起的裂縫：

已澆筑的混凝土中的自身的水分絕大部分要在自然狀態(tài)下蒸發(fā)掉，混凝土硬化過程中僅需要很少的水分。開始蒸發(fā)的水一般不會引起收縮，但是在隨著混凝土的持續(xù)干燥，水分在蒸發(fā)過程中其中的吸附水將逐步流失，從而就會有收縮裂縫的產(chǎn)生。另外混凝土表面的干縮在受到中心部位混凝土的約束時，就會在混凝土的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。一般在混凝土硬化過程的初期主要自由水凝固過程中水的體積發(fā)生較大的變化，導(dǎo)致了剛開始的的收縮裂縫的產(chǎn)生，后期因?yàn)榛炷恋乃衷诔掷m(xù)蒸發(fā)干燥，并導(dǎo)致了整個混凝土體積的干縮變形，從而導(dǎo)致了后期的收縮裂縫。

5、鋼筋銹蝕碳化導(dǎo)致的裂縫：

由于混凝土本身的厚度不夠或者澆筑質(zhì)量較差，混凝土容易碳化進(jìn)而影響到鋼筋的表面碳化，鋼筋強(qiáng)度的降低造成裂縫的產(chǎn)生；或者由于外部氯化物的介入，造成鋼筋表面癢化膜的破壞，使得鋼筋的鐵離子與空氣的水和氧發(fā)生化學(xué)銹蝕，從而產(chǎn)生銹蝕物，造成混凝土體積的膨脹，從而導(dǎo)致混凝土的剝落、開裂，產(chǎn)生裂縫。

6、支架、支撐變形下沉?xí)鸬牧芽p：

.澆筑混凝土的各類支撐、支架的變形下沉?xí)?dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，同時不按規(guī)定要求提前拆除模板或者支架，就會容易造成混凝土在未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下，導(dǎo)致混凝土受力的不均勻，從而引起混凝土裂縫的發(fā)生。

二、大體積混凝土質(zhì)量控制的主要措施

1.進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配合比

1）混凝土原材料的選用：大體積混凝土中因其本身較多水泥產(chǎn)生了大量的水化熱，較高水化熱特別容易使混凝土內(nèi)部和表面形成較大的溫度差，會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，因此大體積混凝土在選擇水泥時應(yīng)優(yōu)先選用低水化熱的水泥類型，比如：低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等，要澆筑過程中要充分利用混凝土的中后期強(qiáng)度，盡可能降低水泥用量。細(xì)集料盡可能采用中砂，可減少水泥用量。粗集料應(yīng)選用5-20mm連續(xù)級配的碎石，從而減少混凝土的收縮。嚴(yán)格控制集料的級配及其含泥量。集料中的含泥量過大的話，會進(jìn)一步增加混凝土本身的收縮變形，同時也會帶起混凝土本身抗拉強(qiáng)度的降低，不利于混凝土抗裂。在使用摻和料時，宜使用粉煤灰，不僅能夠減少水泥用量，降低水化熱，更能夠大幅度提高混凝土后期的強(qiáng)度。

2）選用合適的外加劑。選用合適的減水、緩凝等外加劑，可以進(jìn)一步改善混凝土的性能。在混凝土中加入適量的緩凝劑后，可以延長混凝土的凝結(jié)時間，減少裂縫的產(chǎn)生。另外在混凝土中使用膨脹劑能夠在其內(nèi)部產(chǎn)生一定強(qiáng)度的膨脹應(yīng)力與混凝土的收縮應(yīng)力可以抵消一部分，在收縮應(yīng)力減少的同時，裂縫就會相應(yīng)的減少。

2.施工期間澆筑與振搗措施

1）應(yīng)采用延緩溫差及降溫梯度的有效措施，在澆筑之前充分考慮認(rèn)真計(jì)算混凝土分層、分塊的澆筑順序。分層分塊澆筑混凝土的好處在于可以充分利用混凝土澆筑面，逐步進(jìn)行散熱，在降低水化熱的情況下，減少裂縫的產(chǎn)生。嚴(yán)格控制入模溫度振搗時間，確保振搗嚴(yán)實(shí)。常采用以下澆筑方法①分段澆筑法：在大體積混凝土澆筑過程中，最好能夠先從底面開始澆筑，澆至一段后再澆筑第二層混凝土，然后再繼續(xù)澆筑其他各層各面的混凝土。分段澆筑法經(jīng)常使用在一定時間內(nèi)使用的混凝土較少的，混凝土本身長度或面積比較大且厚度不大的工程。②全面分層澆筑法：在第一層澆筑完成后，再澆筑第二層混凝土，循環(huán)逐層連續(xù)澆筑，分層澆筑的厚度一般宜控制在1.5-2.0m左右。③斜面分層澆筑法：對混凝土斜面通常要求坡度不能高于三分之一，這種方法適用于結(jié)構(gòu)長厚比超過3倍的情形。

2）加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)測：在混凝土內(nèi)外部設(shè)置溫度監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)有儀器自動采集并進(jìn)行實(shí)時分析，各監(jiān)測點(diǎn)的溫差數(shù)值，作為調(diào)整控溫措施的重要依據(jù)，從而防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。

3）加強(qiáng)應(yīng)力監(jiān)測：在混凝土中埋設(shè)應(yīng)變計(jì)，進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，重點(diǎn)監(jiān)測應(yīng)力水平方向的布置，并根據(jù)監(jiān)測情況，做好相關(guān)控制應(yīng)變的措施。

4）加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)管理：大體積混凝土養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵在于適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸龋瑫r能夠嚴(yán)格控制好大體積混凝土內(nèi)外溫差在合理范圍內(nèi)，通常所采用的措施有①混凝土進(jìn)行拆模作業(yè)時，混凝土的內(nèi)外溫差在20℃以內(nèi)；②在混凝土內(nèi)部預(yù)埋冷凝管，根據(jù)混凝土內(nèi)外溫度的檢測，通過冷凝管進(jìn)行有效溫度控制，控制過程要嚴(yán)格控制進(jìn)水流量及溫度。③采用有效的保溫措施。在混凝土表面和模板外側(cè)覆蓋有效的保溫材料(如鋸木、草袋等)，在混凝土逐步的散熱的過程中，嚴(yán)格控制內(nèi)外溫差。④有效的濕養(yǎng)時間。摻加硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥的大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于14天，摻加礦渣硅酸鹽大壩水泥、低熱微膨脹水泥、礦渣硅酸鹽水泥的大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于21天，同時在高溫期濕潤養(yǎng)護(hù)時間均不得少于28天。

3、從構(gòu)造設(shè)計(jì)對混凝土采取防裂措施

1）大體積混凝土體積較大，施工周期通常比較長，要依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況科學(xué)合理的確定混凝土的驗(yàn)收齡期，不拘于正常的28天評定齡期，可以調(diào)整為60天或者更長時間，評定時要充分考慮混凝土的后期強(qiáng)度，進(jìn)而減少設(shè)計(jì)的標(biāo)號，達(dá)到減少水泥用量降低水化熱

2）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。大體積混凝土在設(shè)計(jì)階段采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式可以大大減少水泥用量，從而有效減低水化熱的產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)初期可以采用改善邊界約束的構(gòu)造設(shè)計(jì)方法，在遇到較強(qiáng)約束的混凝土墊層等，可以在混凝土接觸面上設(shè)置一層滑動層來減少溫度應(yīng)力。在外側(cè)約束面全部設(shè)置滑動層，可減輕外約束力，減少裂縫。

3)可以充分利用混凝土基坑有外部側(cè)限的條件，添加微膨脹劑，在基坑受到約束的情況下，形成預(yù)應(yīng)力，從而補(bǔ)償混凝土溫變及縮變產(chǎn)生的應(yīng)力，控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。

4）可以考慮增加構(gòu)造鋼筋、擴(kuò)張網(wǎng)。在設(shè)計(jì)中可以采取增加構(gòu)造鋼筋的做法，配筋盡可能的使用小間距、小直徑的鋼筋，也可以在混凝土表面增加金屬擴(kuò)張網(wǎng)等措施，從而提高混凝土抗裂性。

三、結(jié)語

大體積混凝土在施工中極易產(chǎn)生裂縫這是困擾橋梁施工的一個難點(diǎn)，但是我們通過大量的科學(xué)研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表面：只要我們從合理的橋梁設(shè)計(jì)、優(yōu)化的原材料選擇、施工過程的有效控制、充足后期養(yǎng)護(hù)等多方面入手，還是可以有效的避免橋梁工程施工中混凝土裂縫的產(chǎn)生。

[1]城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范(CJJ 99-2003).中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[2]公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTGB01 2003).人民交通出版社,2004.