高鐵橋梁建設(shè)中大體積混凝土裂縫的形成原因及處理措施分析

何建利

【摘 要】在高鐵橋梁建設(shè)中，大體積混凝土因其具備的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。但我們也應(yīng)該意識到，大體積混凝土結(jié)構(gòu)也具有一定的復(fù)雜性，尤其是受其所處地質(zhì)環(huán)境與選用材料等因素的影響，可能會導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。正因為如此，如何保證高鐵橋梁建設(shè)中大體積混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量引起人們的廣泛思考。論文結(jié)合筆者研究，對高鐵橋梁建設(shè)中大體積混凝土裂縫成因進行探討，并提出解決措施。

【關(guān)鍵詞】高鐵橋梁；大體積混凝；裂縫；原因；防控

憑借其穩(wěn)定性與安全性，大體積混凝土結(jié)構(gòu)在高鐵橋梁建設(shè)中具有無可比擬的優(yōu)越性。但是同樣要注意，如果因為水泥水化熱反應(yīng)、混凝土收縮等原因?qū)е麓篌w積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，就會影響高鐵橋梁建筑的穩(wěn)定性、耐久性，使人們的生命財產(chǎn)安全受到威脅。

1.高鐵橋梁建設(shè)中大體積混凝土裂縫形成原因

1.1水泥水化熱反應(yīng)導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)

在水泥發(fā)生水化熱反應(yīng)時，會因為溫度在短時間內(nèi)驟然升高而影響混凝土內(nèi)部的溫度結(jié)構(gòu)。實踐證明，水泥在發(fā)生水化熱反應(yīng)時，產(chǎn)生的溫度可高達70攝氏度。這在大體積的混凝土結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)尤為明顯。比如說高鐵橋梁中大型的高墩臺混凝土結(jié)構(gòu)，因為其結(jié)構(gòu)大，導(dǎo)致散熱效率較低。這一現(xiàn)象帶來的必然結(jié)果就是導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度有異，進而導(dǎo)致混凝土內(nèi)外不同應(yīng)力之間的相互作用，從而超出其抗拉極限，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

1.2混凝土收縮因素導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)

所謂混凝土收縮，指的是混凝土硬化時伴隨的體積縮小。對于高鐵橋梁建設(shè)來說，采用的大體積混凝土結(jié)構(gòu)會在混凝土逐步硬化的過程中緩慢縮小體積，這是因為在此過程中，其內(nèi)部的水分會逐步蒸發(fā)，進而導(dǎo)致混凝土體積減小。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混凝土的硬化收縮過程會持續(xù)將近4個月。在這漫長的過程中，一旦受到不均衡的外力作用，則可能導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

1.3其他因素導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)

除上述兩點原因外，其他因素也會導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。其一就是橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降。橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降會致使混凝土結(jié)構(gòu)受到難以抗拒的拉伸破壞力，這種破壞力無疑會產(chǎn)生較大規(guī)模的裂縫。因不均勻沉降而導(dǎo)致的裂縫會一直伴隨整個沉降，直到沉降穩(wěn)定后裂縫才不會繼續(xù)擴大。其二是混凝土混合比搭配不合理所致，這會使得混凝土出現(xiàn)塑性沉降裂縫。塑性沉降裂縫不可逆性很強，一旦產(chǎn)生了塑性沉降裂縫，其后期的裂縫修復(fù)工作也會有很大難度。

2.高鐵橋梁大體積混凝土裂縫的科學(xué)預(yù)防

2.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，要避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時合理分布鋼筋，把握好混凝土結(jié)構(gòu)工程的主要受力點，根據(jù)分散受力原理將結(jié)構(gòu)受力合理分散，這就需要合理分布鋼筋；其次在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要充分考慮好拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的關(guān)系，比如合理設(shè)計膨脹加強帶、后澆帶、應(yīng)力釋放帶等，從而確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力平衡適中，避免裂縫的出現(xiàn)；最后，重視地基的處理工作，盡最大可能減少地震等地質(zhì)因素對高鐵橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)的影響。

2.2優(yōu)化混凝土配合比

一般來說，高鐵橋梁施工中應(yīng)該使用低熱或者中低熱水泥，并盡量控制水泥和水的混合比重。骨料的選擇應(yīng)該具有針對性，結(jié)合高鐵橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)所處的地質(zhì)環(huán)境和氣候環(huán)境，靈活選擇適宜的水泥類型。在混凝土原材料的選用上，要選用水泥水化熱相對較低的低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，并盡量控制大體積混凝土的水化熱低于270kJ/kg。為了避免骨料熱脹冷縮現(xiàn)象導(dǎo)致的裂縫，骨料應(yīng)該盡量選擇不會過分熱脹冷縮的材料。除此以外，粗骨料必須保證較大粒徑，并降低低砂率。優(yōu)化混凝土配合比時，還應(yīng)該通過摻入一定的摻合料，從而減緩水泥水化熱現(xiàn)象。在選擇外摻劑時，要根據(jù)橋梁工程具體情況選擇，例如選擇緩凝高效減水劑。在設(shè)計混凝土配合比時，應(yīng)綜合考慮混凝土水化熱、易性、穩(wěn)定性三個施工目標(biāo)。在確保結(jié)構(gòu)強度的前提之下盡量降低水泥用量及水膠比，摻合料需要根據(jù)實際情況選擇，最好能夠反復(fù)試驗，以便達到最佳配合比。

2.3嚴(yán)控施工環(huán)節(jié)

嚴(yán)控施工環(huán)節(jié)就要求在施工的各個環(huán)節(jié)都能保障混凝土的性能。在混凝土拌制階段，需要著重考慮的是影響混凝土攪拌的溫度因素以及配送時的時間因素。而在其澆筑階段，必須使用符合實際情況的澆筑方法。這樣可以避免在澆筑時出現(xiàn)中斷的情況。振搗階段，確保振搗質(zhì)量，并在振搗之后做好大結(jié)構(gòu)混凝土的收光處理。而在大體積混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護階段，需要根據(jù)實際情況靈活選擇養(yǎng)護方法。在澆筑過程中必須盡量縮短澆筑間隔時間，并保證在混凝土初凝之前完成大體積混凝土的澆筑。

2.4重視骨料的選擇

混凝土骨料選擇不恰當(dāng)，則會影響混凝土性能發(fā)揮，從而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。所以，選擇恰當(dāng)?shù)幕炷凉橇鲜潜夭豢缮俚?。一般來說，石子應(yīng)該使用較為堅硬、致密且沒有裂縫的石料，這樣才能保證耐久。而石子中的雜質(zhì)含量理應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。鑒于碎石混凝土性能優(yōu)于卵石混凝土性能，因此在高鐵橋梁建設(shè)中應(yīng)使用碎石混凝土，以確保其抗裂性達標(biāo)。

3.高鐵橋梁大體積混凝土裂縫的修復(fù)

3.1對裂縫進行溫度控制并進行溫度預(yù)測分析

要有效解決混凝土裂縫問題，最佳辦法是采取未雨綢繆的舉措，對混凝土施工結(jié)構(gòu)所處的溫度場進行實時的監(jiān)測，并充分考慮施工地的環(huán)境和氣候，結(jié)合溫度監(jiān)控反饋資料與施工環(huán)境和氣候制定有針對性的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)和養(yǎng)護方案。如今，計算機仿真技術(shù)以其仿真模擬、精確分析的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于高速鐵路橋梁建設(shè)工程當(dāng)中并取得了豐厚的實際應(yīng)用經(jīng)驗，我們要充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢來為施工期的混凝土質(zhì)量保駕護航。

3.2采用混凝土澆筑

混凝土澆筑是工程中修復(fù)裂縫時廣泛采用的一種方式。這種方式的前期工作非常復(fù)雜，需要對澆筑過程的分塊、分層順序、澆筑物體的流向、澆筑長度、寬度、時間進行嚴(yán)格而精密的計算。此外，還需要強化振搗過程，增大振搗強度，防止過振和漏振現(xiàn)象。要保證混凝土的持續(xù)供應(yīng)，嚴(yán)格控制混凝土溫度。澆筑過程結(jié)束之后要做好混凝土表面的平整工作，用鐵滾筒進行碾壓，增強混凝土表面嚴(yán)實性，降低裂縫發(fā)生的可能性。

3.3采用通水冷卻方法

修復(fù)混凝土裂縫時，往往會采取分層澆筑的方式，而通水冷卻方法正好適合分層澆筑的需要。用帶有冷卻水管的薄壁鋼管進行澆筑，不僅可以避免管道漏水和阻塞現(xiàn)象的發(fā)生，而且可以通過流通的水來判定漏水和阻塞現(xiàn)象是否存在，并且可以實現(xiàn)對冷卻水水溫、流量、流速的實時監(jiān)控，同時也有效監(jiān)控混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度。

3.4壓力灌漿水泥灌注法

壓力灌漿水泥灌注法在實際運用過程中需要注意兩點，第一點要詳細、準(zhǔn)確監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的數(shù)量和范圍，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果確定鉆孔位置和灌漿用量，鉆孔時要保證孔深超過裂縫面一定深度，深度大小隨結(jié)構(gòu)的不同而不同。第二點是灌漿之后的表面清理，按照從上倒下的順序，用水對鉆孔進行逐層清理，最后用空氣壓縮機吹干。

4.結(jié)語

綜上所述，在高鐵橋梁建設(shè)中，必須嚴(yán)格控制大體積混凝土裂縫，這是保障高鐵橋梁質(zhì)量的重要措施。因此，施工人員一方面需要提升自身的綜合素質(zhì)以及技能水平，另一方面也需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、合理把握混凝土配合比、保證施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量并重視混凝土骨料的選擇，只有這樣才能嚴(yán)控大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)，保障施工質(zhì)量。 [科]

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