大體積混凝土施工裂縫控制方法探析

任 玉 鵬

(銀西鐵路銀川至吳忠客專工程建設(shè)指揮部，寧夏 銀川 750403)

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大體積混凝土施工裂縫控制方法探析

任 玉 鵬

(銀西鐵路銀川至吳忠客專工程建設(shè)指揮部，寧夏 銀川 750403)

介紹了大體積混凝土裂縫的類別，分析了裂縫出現(xiàn)的主要原因，從優(yōu)化配合比、混凝土澆筑、埋設(shè)冷卻水管、后期養(yǎng)護(hù)等方面，闡述了銀西鐵路吳忠至銀川機(jī)場段大體積混凝土橋墩裂縫的控制方法，有效增強(qiáng)了混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低了其安全風(fēng)險，保證了整個高鐵橋梁施工的順利進(jìn)行。

高鐵橋梁，大體積混凝土，施工裂縫，冷卻水管

0 引言

隨著我國城市化建設(shè)步伐的加快，城市建筑逐漸趨于大型化，大體積混凝土目前已經(jīng)成為許多大型建筑物中的主要材料。高鐵的橋梁工程在城市交通運(yùn)輸中起到樞紐作用，大體積混凝土的應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)中已經(jīng)越來越普遍，但大體積混凝土的裂縫問題，目前仍無法得到有效解決。

本文簡單介紹了大體積混凝土裂縫的類別，分析了大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的原因，并針對裂縫的控制方法進(jìn)行了深入探究，提出了幾條相應(yīng)的控制方法，并對本文提出的裂縫控制方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 裂縫類別

大體積混凝土的裂縫主要有三種，分別為通透裂縫、淺層裂縫以及深層裂縫，一般裂縫開始于大體積混凝土的表面，形成淺層裂縫，在溫度、環(huán)境等因素作用下，逐漸發(fā)展成為深層裂縫。深層開裂若無法得到有效的控制將最終發(fā)展成為通透裂縫。通透裂縫會對高鐵工程的安全帶來嚴(yán)重的威脅。

2 大體積混凝土裂縫的主要成因

1)水泥水化熱。水泥水化熱是造成混凝土裂縫的主要因素，大體積混凝土本身具有較大的面積和厚度，水泥在水化的過程中將產(chǎn)生大量的熱量，而這些內(nèi)部熱量不易排出，從而混凝土表面與內(nèi)部存在很大的溫差。該溫差使混凝土變形繼而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。施工的進(jìn)度和質(zhì)量在很大程度上都受裂縫深度和寬度的影響。

2)環(huán)境溫度變化。高速鐵路的建設(shè)在施工大體積混凝土?xí)豢杀苊獾氖艿絹碜原h(huán)境以及溫度的影響，由于施工過程中內(nèi)部溫度較高，若施工處于嚴(yán)寒地帶或外界溫度驟降，混凝土表面與內(nèi)部極易形成溫差，產(chǎn)生裂縫。

3)混凝土收縮。由于水泥在水化過程中水分的蒸發(fā)，且蒸發(fā)量的多少直接影響到大體積混凝土的穩(wěn)定性，若在攪拌過程中蒸發(fā)量過多，超出混凝土的配合比例，混凝土?xí)蚴湛s產(chǎn)生縫隙。

4)地基沉降。高鐵橋梁在選址時，若對地質(zhì)勘察不足，施工時可能會出現(xiàn)沉降，使得結(jié)構(gòu)附加拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，產(chǎn)生裂縫。

3 銀西鐵路大體積混凝土橋墩的裂縫控制方法

在材料的配合比方面，大體積混凝土比普通混凝土要求更高，選擇骨料時，要選擇耐久、無裂縫且致密堅硬的石子，為改善混凝土的抗裂性能，首先應(yīng)該選用含堿量偏低以及低水化熱的水泥。早強(qiáng)水泥、C3A含量高的水泥以及磨細(xì)水泥等應(yīng)盡可能避免被使用；其次組分均勻以及各項性能指標(biāo)都穩(wěn)定的礦物摻合料應(yīng)優(yōu)先選擇；最后需水量比、細(xì)度和燒失量等關(guān)鍵指標(biāo)也是需要注意的一個方面。針對銀西鐵路，大體積混凝土裂縫控制方法主要如下。

3.1 配合比優(yōu)化

1)采用新型膠材體系。提高混凝土體積穩(wěn)定性和抗裂性的一條很重要的措施就是在滿足混凝土工作性能和強(qiáng)度這一前提下，最大限度減小膠凝材料用量以及漿體率。而在膠凝材料總量確定的情況下實(shí)現(xiàn)混凝土的高性能化，就要盡量減少水泥的用量并且使用大量礦物摻合料。

2)水膠比的適宜選擇?；炷聊途眯缘目刂埔园韬纤畲笥昧繛橹笜?biāo)比，通過控制最大水膠比要更為有利，因?yàn)閷λz比的控制對混凝土中因?yàn)闈{體過多引起的收縮以及水化熱等負(fù)面影響起不到解決的作用。針對混凝土的防裂性能，要通過降低膠凝材料的用量和增加集料所占的比例來實(shí)現(xiàn)。

3)礦物摻合料與緩凝型高效減水劑的采用。針對混凝土內(nèi)部由于水化熱產(chǎn)生升溫這一問題，可以通過添加礦物摻合料來緩解，因?yàn)榈V物摻合料可以改善混凝土拌合物的施工性能，提高漿體與界面的致密性。此外礦物摻合料的添加還有利于還改善膠凝材料的組分，對抵抗環(huán)境中化學(xué)介質(zhì)腐蝕的能力也有一定的提高。對于抑制水泥水化、緩解水化溫峰的出現(xiàn)及降低溫峰值，可以通過緩凝型高效減水劑中的緩凝組分來實(shí)現(xiàn)。通過使用礦物摻合料與高效減水劑進(jìn)行雙滲，可有效的減少水泥與水的用量，還可以起到密實(shí)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，對改善混凝土強(qiáng)度以及耐久性都是有益的。

3.2 混凝土的澆筑

承臺混凝土準(zhǔn)備工作完成后，因?yàn)槌信_面積較大，混凝土的澆筑需要盡可能避開陰雨天氣，承臺混凝土澆筑注意以下幾方面：

1)從四角向中間對稱澆筑，兩臺汽車泵均勻排開同時澆筑混凝土，混凝土泵管至澆筑混凝土表面的高度在2 m以內(nèi)。

2)在混凝土開始澆筑前，為保證混凝土在輸送管內(nèi)順暢運(yùn)行，先行泵送1 m3水泥砂漿進(jìn)行潤管。

3)承臺混凝土分層澆筑，分層厚度30 cm?；炷翝仓?yīng)連續(xù)進(jìn)行，特殊情況下其間歇時間要小于前一層混凝土的初凝時間，且在澆筑上層混凝土?xí)r，要求振動棒插入下層混凝土50 mm～100 mm。

4)采用插入式振動器進(jìn)行振搗，振動棒的振動深度不超過棒長的2/3～3/4 ，振搗時要“快插慢拔”，不斷上下移動振動棒，以便搗實(shí)均勻，對每一個振搗部位，一般振搗時間為20 s～30 s，要求振搗到該部位混凝土停止下沉、不出現(xiàn)氣泡、表面呈現(xiàn)浮漿為止。

3.3 埋設(shè)冷卻水管

通過埋設(shè)冷卻水管，通過冷卻水降低混凝土的溫峰值是大體積混凝土施工中常見的有效的溫控措施。朱伯芳[4]認(rèn)為：通水冷卻的效果受水管排列方式、管徑、管間距、管長、水溫、流量等因素的影響。其中控制水管間距是控制冷卻效果最有效的手段，冷卻水管的水平間距每減小一倍，冷卻時間可以縮短約55%，隨著冷卻水管間距的增大，冷卻效果會逐漸降低，對0.5 m之外的混凝土削峰效果不明顯。此外，冷卻水管的直徑每增大一倍，冷卻速度可提高約19.7%。冷卻水管長度的增加會使冷卻效果有所降低，基本上水管長度增加一倍對冷卻效果的影響與冷卻水流量減小一倍是相同的。

基于以上研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，確定冷卻水管規(guī)格為φ48 mm×2.5 mm，冷卻水管間距為60 cm，可更大程度地提升降溫效率，起到降溫削峰的作用。單套水管長度為150 m～200 m。冷卻水管的制作要采用具有一定強(qiáng)度而且導(dǎo)熱性能好的鐵皮管制作，尺寸使用φ48 mm×2.5 mm，彎管部分則可以采用冷彎工藝預(yù)處理(或采用PVC管)，管與管之間以全焊緊密連接。水管懸空部分需焊接豎筋對其進(jìn)行固定，具體布置如圖1所示。

承臺布設(shè)4層冷卻水管，其水平間距為100 cm，豎向間距為60 cm～70 cm，水管外側(cè)距混凝土表面、側(cè)面為60 cm～80 cm；每層共3套水管，每套水管設(shè)置一個進(jìn)出水口，管長小于200 m。

采用河水做冷卻水，并至少留有一臺備用泵，在承臺合適位置設(shè)置水箱，冷卻水循環(huán)使用，要用分水器將各層各套水管集中分出。冷卻水流量的控制可以通過在分水器中設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的獨(dú)立水閥以及流量計來實(shí)現(xiàn)。后期通水速率可以通過設(shè)置一定數(shù)量的減壓閥來實(shí)現(xiàn)。

3.4 混凝土的澆筑及后期養(yǎng)護(hù)

承臺鋼筋、模板安裝完成后，利用鋼管腳手架搭設(shè)的支架作為暖棚，采用棚布對暖棚進(jìn)行封閉。在承臺四周均勻布置4個火爐，當(dāng)棚內(nèi)溫度及鋼筋模板溫度達(dá)到2 ℃以上時進(jìn)行混凝土澆筑。

養(yǎng)護(hù)時，在承臺四周均勻布置6個火爐，通過無煙煤爐用水壺?zé)盟畨責(zé)a(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)行保濕，以保證篷布內(nèi)的環(huán)境溫度在5 ℃以上。

拆模時，若條件許可，應(yīng)適當(dāng)延長帶模養(yǎng)護(hù)時間。根據(jù)實(shí)測溫度數(shù)據(jù)，在混凝土溫差控制指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)條件時，方可隔天、分層將保溫層逐步揭開撤除，最后拆除模板。拆模后及早進(jìn)行回填并澆筑圈梁。

4 結(jié)語

在高鐵橋梁施工中，大體積混凝土的裂縫嚴(yán)重影響整個工程的順利進(jìn)行，本文首先介紹了大體積混凝土裂縫的類別，其次針對裂縫出現(xiàn)原因進(jìn)行了詳細(xì)探究。并針對新建的銀西鐵路吳忠至銀川機(jī)場段大體積混凝土，通過控制相應(yīng)的施工材料以及施工工藝，有效預(yù)防了裂縫的發(fā)生，同時避免了裂縫對整個工程帶來的影響，從而保證整個工程的順利進(jìn)行，為高鐵橋梁質(zhì)量提供了可靠保障。

[1] 毛軍杰.淺析混凝土橋梁裂縫的形成原因[A].建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集[C].2014.

[2] 陸秋楸.橋梁施工中混凝土裂縫分析及控制處理[A].建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集[C].2014.

[3] 朱艷男.高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].價值工程，2014(28):133-134.

[4] 朱伯芳.在大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1999.

Analysis on mass concrete construction cracks controlling methods

Ren Yupeng

(Yin-XiRailwayYinchuan-WuzhongPassengerSpecialRailwayEngineeringConstructionHeadquarter,Yinchuan750403,China)

The paper introduces mass concrete crack types, and analyzes major cracking causes. Starting from aspects of optimizing mixing proportion, concrete casting, embedding cooling-water pipe and post maintenance, it illustrates mass concrete cracks controlling methods at Wuzhong-Yinchuan airport section of Yin-Xi railway, which enhances the concrete structure stability, reduces its safety risks and guarantees smooth express-railway bridge construction as well.

express-railway bridge, mass concrete, construction cracks, cooling-water pipe

1009-6825(2017)07-0080-02

2016-12-24

任玉鵬(1974- )，男，工程師

TU755.7

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