高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施

方 舟/中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司

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高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施

方 舟/中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司

【摘 要】雖然大體積混凝土有著一定的優(yōu)點(diǎn)，但是其裂縫問題卻一直困擾著建筑部門，也因此影響著工程質(zhì)量，所以，采取哪些正確的措施，能夠有效控制好大體積混凝土裂縫的問題，就可以全面保證工程的質(zhì)量。本文即分析了高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，并詳細(xì)闡述了裂縫的控制措施。

【關(guān)鍵詞】高鐵橋梁；大體積混凝土；裂縫；材料；配合比

一、大體積混凝土的定義

大體積混凝土通常為現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土尺寸大到需要采取措施來應(yīng)對(duì)水泥水化而產(chǎn)生的熱量和伴隨發(fā)生的體積變化，應(yīng)盡可能減少溫度裂縫。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）給出的大體積混凝土的定義為：就地澆筑的混凝土，當(dāng)尺寸大到一定要采取措施解決水化熱問題來應(yīng)對(duì)變形問題，來減少開裂的混凝土就能夠稱為大體積混凝土。我國(guó)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55一2000）中明確的定義為：“大體積混凝土—混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸等于或大于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土?！?/p>

二、高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

高鐵橋梁雙線橋梁墩身以及高墩大尺寸樁基礎(chǔ)承臺(tái)等大體積混凝土結(jié)構(gòu)通常要一次性進(jìn)行整體澆筑。大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的，各類裂縫產(chǎn)生的影響原因如下：

（一）水泥水化熱

水化熱是指水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)放出的熱量，水泥在水化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量較大，使大體積混凝土內(nèi)部溫度上升到50℃ 以上，單位體積混凝土中水泥用量越大，其水化熱越高。當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差過大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生與溫差成正比的溫度應(yīng)力，溫差越大，溫度應(yīng)力就越大，當(dāng)溫度應(yīng)力大于混凝土內(nèi)外約束力時(shí)，就越容易產(chǎn)生裂縫。

（二）外界溫度變化

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工階段，常受外界氣溫的影響，當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，混凝土?xí)l(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象?；炷羶?nèi)部溫度由水化熱產(chǎn)生的絕熱溫度、施工澆筑溫度和結(jié)構(gòu)散熱溫度三者的疊加，當(dāng)外界氣溫下降，特別是溫度驟降時(shí)，外層混凝土與結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部的溫差會(huì)大大增加，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，使混凝土開裂。

（三）混凝土的收縮變形

混凝土中大部分的水要蒸發(fā)，只有 20% 左右的水是水泥水化硬化所需的?；炷猎谶\(yùn)輸、澆注和振搗過程中，會(huì)有大量的吸附水會(huì)逸出，出現(xiàn)干燥收縮現(xiàn)象，而表面收縮速度快，中心收縮速度慢，于是在表面會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力并導(dǎo)致混凝土裂縫。在混凝土表層設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，可有效防止混凝土收縮開裂。隨著水化反應(yīng)的逐步完成和混凝土的散熱作用，大體積混凝土溫度會(huì)下降，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生體積收縮，由于混凝土內(nèi)部熱量是通過表面向外散發(fā)，在降溫過程中，混凝土內(nèi)部與表面的收縮程度不同，在內(nèi)外約束的共同作用下，使收縮的混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，若此時(shí)的拉應(yīng)力大于混凝土此齡期的抗拉強(qiáng)度，則大體積混凝土容易產(chǎn)生收縮裂縫。影響混凝土收縮變形的因素主要有水泥和外加劑的品種、混凝土配比、施工方法和養(yǎng)護(hù)條件等。

（四）混凝土的沉陷裂縫

由于模板支架的過早拆除、地基土質(zhì)不勻、松軟和回填土不實(shí)或浸水等原因，造成支架、支撐變形下沉而引發(fā)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。特別是在軟土地區(qū)，地基土遇水容易變形，造成地基不均勻沉降，使得建筑物（ 構(gòu)筑物）產(chǎn)生開裂，這類裂縫多為深層裂縫或貫穿裂縫，危險(xiǎn)性較大。

三、高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫的控制措施

（一）對(duì)材料和工藝的控制措施

大體積混凝土對(duì)于原材料的要求也比較高，尤其對(duì)于材料中所摻其他原料的比例要求更為嚴(yán)格，必須按照實(shí)際施工的要求，進(jìn)行合理的摻配，從而使混凝土的性質(zhì)更加穩(wěn)定，更加符合高鐵橋梁的工程要求；同時(shí)，對(duì)于混凝土澆筑的工藝也要合理控制，制定健全穩(wěn)定的實(shí)施工藝，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工，進(jìn)行分段分層的澆灌，從而保證混凝土分布更加均勻，所受的外界因素影響較低，從而保證大體積混凝土不易產(chǎn)生裂縫，從而減少了經(jīng)濟(jì)方面的損失，提高了工程質(zhì)量。

（二）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、減少裂縫產(chǎn)生

高鐵橋梁施工時(shí)也要注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題，在施工中適當(dāng)?shù)貥?gòu)建鋼筋結(jié)構(gòu)，是保證混凝土穩(wěn)定的主要措施，可以有效減少裂縫的發(fā)生，提高大體積混凝土的抗裂隙能力，提高其穩(wěn)定性；同時(shí)，對(duì)于易發(fā)生裂縫的地帶或者施工路段，要做好一些減緩裂隙的施工操作，從而在發(fā)生裂縫時(shí)，可以讓裂縫得到緩沖，不至于對(duì)大體積混凝土帶來較為嚴(yán)重的危害，利用完善的施工方案，確保大體積混凝土的施工操作更為嚴(yán)謹(jǐn)和實(shí)效，從而促進(jìn)工程建設(shè)的順利竣工，保障工程質(zhì)量。

（三）優(yōu)化混凝土配合比

在高鐵橋梁工程中應(yīng)優(yōu)先選擇低熱以及中低熱水泥，盡可能減少單位用水量和單位水泥用量。在骨料的選擇上要優(yōu)先選用含泥量低、熱膨脹系數(shù)小的骨料，同時(shí)要做到骨料的連續(xù)級(jí)配。在粗骨料的選擇上應(yīng)鉆用最大粒徑大一些的，應(yīng)盡可能地降低砂率。要高度重視摻入礦物摻和料，同步降低膠結(jié)材料水化熱的作用。對(duì)于不同情況正確選擇緩凝劑、減水劑、膨脹劑等。通過試驗(yàn)優(yōu)化最佳的配合比。

（四）制定合理的施工方案

在混凝土拌制階段，應(yīng)確保拌制混凝土拌合物攪拌合成之后所達(dá)到的溫度。在運(yùn)送時(shí)間上要努力做到最短，冬季混凝土的入模溫度應(yīng)不低于 10℃，夏季混凝土的入模溫度應(yīng)不高于 25℃，同時(shí)要全面保證混凝土易性及坍落度要求。

在混凝土澆筑階段，應(yīng)選擇合適的澆筑分層方法，保證混凝土連續(xù)澆筑不產(chǎn)生中斷。

在混凝土振搗階段，應(yīng)注意振搗必須密實(shí)，同時(shí)要做好振搗后的混凝土表面的收光處理，在有必要市可進(jìn)行二次振搗。

在混凝土養(yǎng)護(hù)階段，目前相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方法很多，比較常用的方法有保溫蓄熱法、預(yù)蓄水法、埋冷卻水管法等等，可根據(jù)高鐵橋梁工程的實(shí)際需要選擇。

（五）合理規(guī)劃施工、降低環(huán)境溫度的影響

在施工時(shí)，要充分考慮環(huán)境溫度的影響，在混凝土配合完成后，要在合理的溫度范圍之內(nèi)進(jìn)行施工操作，盡可能地將混凝土控制在適當(dāng)?shù)臏囟戎?，從而提高混凝土的穩(wěn)定性，減少縫隙的發(fā)生，在澆筑完成后，對(duì)于混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間也盡量延長(zhǎng)，同時(shí)，也要注意一些細(xì)小縫隙的問題，對(duì)于小的淺層的裂縫做到及時(shí)修補(bǔ)，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，從而確保整體的混凝土澆筑成功，性質(zhì)穩(wěn)定，促進(jìn)高鐵橋梁施工更加順利。

（六）大體積混凝土裂縫修補(bǔ)的主要措施

1.表面修補(bǔ)法。

表面修補(bǔ)法適用于對(duì)建筑安全和結(jié)構(gòu)承載力沒有影響的表面裂縫。施工中常用措施有涂覆法、增加整體面層、壓抹環(huán)氧膠泥、環(huán)氧漿液粘玻璃網(wǎng)格布和表面縫合等。

2.灌漿法。

灌漿法應(yīng)用范圍十分廣泛，從細(xì)微裂縫到大裂縫均可運(yùn)用，處理效果好。利用加壓設(shè)備把漿液注入混凝土裂隙里。常用材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚氯乙烯膠泥、塑料油膏等。

3.結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法。

由于混凝土粉化、疏松、剝落、開裂和鋼筋銹蝕，使結(jié)構(gòu)物裂縫擴(kuò)展、強(qiáng)度剛度降低、撓度增大，承載力削弱，以致結(jié)構(gòu)物涉險(xiǎn)服役，就要考慮采用加固法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，常用方法有: 加大截面法、體外預(yù)應(yīng)力法、外包鋼板法和碳纖維補(bǔ)強(qiáng)法。

四、結(jié)語

綜上，只有采取有效的手段和實(shí)施正確的措施，從大體積混凝土自身的特點(diǎn)、性能、生產(chǎn)工藝等方面全面控制，才能確保大體積混凝土的質(zhì)量更加穩(wěn)定，從而減少裂縫的發(fā)生概率，降低裂縫帶來的風(fēng)險(xiǎn)，使得高鐵建筑的質(zhì)量更加穩(wěn)定。

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