大體積混凝土裂縫控制要點分析

■周 旭

(貴州省公路工程集團有限公司，貴陽 550008)

1 大體積混凝土概述

大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實體不小于1m大體量混凝土，或預(yù)計會因混凝土中膠凝材料水化反應(yīng)引起的溫度變化和收縮而產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的混凝土，稱之為大體積混凝土。

根據(jù)大體積混凝土的基本概念及實際施工經(jīng)驗，可以得出大體積混凝土的特點。大體積混凝土的特點一般包括幾何結(jié)構(gòu)尺寸大、施工難度高、水化熱大及裂縫控制要求高，因此應(yīng)根據(jù)其特點制定相應(yīng)的預(yù)防與處理措施，進而保證大體積混凝土施工質(zhì)量。

2 某橋梁工程大體積混凝土裂縫控制技術(shù)要點分析

2.1 項目概況

開州湖特大橋位于甕安至開陽高速公路K35+428～K36+685路段，橫跨洛旺河峽谷主橋中心樁號K36+075，全橋長1257m。

上部結(jié)構(gòu)：3×30mT梁+1100m單跨鋼桁梁懸索橋+2×30mT梁。主橋為1100m單跨鋼桁梁懸索橋主纜中跨為1100m垂跨比1/10，主纜邊跨分別為302m、143m；兩岸引橋均為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T梁，引橋最大墩高30m。下部結(jié)構(gòu)：主塔采用薄壁空心鋼筋混凝土橋塔，主塔塔高分別為134m、141m；主塔基礎(chǔ)為承臺群樁基礎(chǔ)，引橋墩為雙柱式圓墩，圓樁基礎(chǔ)；結(jié)合兩岸錨位處的地形及地質(zhì)條件，甕安岸采用重力錨、開陽岸采用隧道錨。

圖1 開州湖特大橋效果圖

圖2 開州湖特大橋橋型布置圖

我公司承建的開州湖特大橋開陽岸位于開陽縣馮三鎮(zhèn)墮秧村內(nèi)，大橋橫跨洛旺河峽谷后，4#主墩處于開陽岸的岸坡上，主墩基礎(chǔ)為承臺群樁基礎(chǔ)。承臺布置為矩形開陽岸承臺面積為29.5m×23.2m，高度為6.5m，C40混凝土澆筑方量為8897.2m3；承臺間由地系梁相連面積為8.6m×13m，高度為6.5m，C40混凝土澆筑方量為498m3；為使塔柱底部荷載均勻地傳遞到承臺，改善索塔根部受力，承臺上部設(shè)置塔座。塔座為一個棱形臺開陽岸塔座底面為 22.5m×16.2m，頂面為 18.5m×12.2m，高度為 2m，C40混凝土澆筑方量為1169.4m3。承臺、地系梁和塔座起步段2m分三次澆筑成型，混凝土總方量為10564.6m3，最大澆筑量第一次3.25m(4698m3)。該項目大體積混凝土施工之前，為避免裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生，該項目部對橋梁工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及控制要點進行了深入的分析，從而避免裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。主要工程量如表1,承臺結(jié)構(gòu)尺寸及分層澆筑示意圖如下圖3：

表1 主要工程量統(tǒng)計表

圖3 承臺結(jié)構(gòu)尺寸及分層澆筑示意圖

2.2 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的機理

2.2.1 大體積混凝土裂縫的種類

首先對大體積混凝土裂縫的種類進行分析研究。一般來說，大體積混凝土是由大量水泥、集料及水拌合而成混凝土結(jié)構(gòu)，在其拌合及凝結(jié)硬化過程中會產(chǎn)生大量的水化熱，進而導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。從大體積混凝裂縫的位置及性質(zhì)來看，主要分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫。按照裂縫產(chǎn)生機理劃分，大體積混凝土裂縫可分為以下三種情況：承載裂縫、溫度裂縫及收縮裂縫。

圖4 裂縫分類

2.2.2 大體積混凝土裂縫的危害

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生會對橋梁的使用功能、結(jié)構(gòu)的剛度、耐久性及結(jié)構(gòu)的整體性造成嚴(yán)重的影響，進而降低橋梁工程的使用壽命。通過對大體積混凝土裂縫危害性的掌握，可以提高項目施工管理人員對混凝土裂縫的重視程度，進而提高過程管理意識。裂縫危害如下：

(1)影響結(jié)構(gòu)的使用功能

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生會導(dǎo)致外界雨水進入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，進而造成各類結(jié)構(gòu)物或構(gòu)筑物無法正常使用。

(2)影響結(jié)構(gòu)的剛度及耐久性

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕、混凝土碳化加劇，對結(jié)構(gòu)物或構(gòu)筑物的剛度及耐久性帶來諸多不利影響。

(3)影響結(jié)構(gòu)的整體性

大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生會隨著時間及外界條件的變化不斷加劇，進而降低結(jié)構(gòu)物或構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的整體性。

2.2.3 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

通過對該項目混凝土裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生及結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)專家實際工作經(jīng)驗，可將該項目大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因歸納為自身因素和其他因素兩方面，具體如下：

(1)混凝土本身因素的影響

1)體積變化因素

大體積混凝土在凝結(jié)硬化過程中會由于物理作用產(chǎn)生形變且該形變具有不確定性，在大體積混凝土成形過程中體積變化主要包括初凝期混凝土體積的變化、初凝期到終凝期間混凝土體積的變化、終凝期后混凝土體積的變化，這些階段大體積混凝土體積的變化都會隨之產(chǎn)生不同程度的裂縫。

2)收縮因素

大體積混凝土在凝結(jié)硬化后，體積會隨著水分的不斷散失而導(dǎo)致不同程度收縮現(xiàn)象的發(fā)生。具體詳見表2：

表2 大體積混凝土收縮因素表

3)徐變因素

大體積混凝土凝結(jié)硬化過程中會伴隨著徐變現(xiàn)象的發(fā)生，徐變現(xiàn)象一方面會降低水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，另一方面會導(dǎo)致混凝土形變量的增大，造成裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。

4)材料因素

①水泥

水泥是大體積混凝土組成的重要膠凝材料，其品種及使用數(shù)量直接關(guān)系著大體積混凝土的裂縫產(chǎn)生。

②集料

集料質(zhì)量對混凝土形成質(zhì)量影響較大，如骨料中的含泥量、泥塊含量及有害化學(xué)物質(zhì)較多那么將導(dǎo)致膠凝材料與骨料間不能良好的進行粘結(jié)，從而降低混凝土材料間的整體性，造成混凝土強度的降低及裂縫現(xiàn)象的發(fā)生。

③替代摻合材料及化學(xué)外加劑

替代摻合材料及化學(xué)外加劑的合理使用能夠有效降低大體積混凝土裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生，如不能科學(xué)選取及使用替代摻合材料及化學(xué)外加劑，那么將會使裂縫現(xiàn)象加劇。

(2)施工過程各因素的影響

1)施工不規(guī)范

混凝土工程施工的規(guī)范性直接導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，如施工作業(yè)人員在施工過程中沒有根據(jù)實際天氣情況進行水灰比設(shè)計、擅自進行加水、入模溫度控制不當(dāng)、振搗不科學(xué)、拆模過早都會導(dǎo)致大體積混凝土產(chǎn)生干縮裂縫和自收縮裂縫。

2)未及時養(yǎng)護或采取養(yǎng)護措施

大體積混凝土澆筑完成之后應(yīng)及時采取科學(xué)的養(yǎng)護方法對其進行養(yǎng)護，如不及時養(yǎng)護，將會導(dǎo)致混凝土表面水份散失過快、混凝土內(nèi)部空隙增大，進而發(fā)生干縮現(xiàn)象，產(chǎn)生裂縫。

3 某橋梁工程大體積混凝土裂縫控制措施

為保證該橋梁工程大體積混凝土施工質(zhì)量，避免裂縫現(xiàn)象的再次發(fā)生，項目部管理人員通過對大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因制定了相應(yīng)的應(yīng)對措施，具體如下：

3.1 加強大體積混凝土設(shè)計

在進行大體積混凝土澆筑前，相關(guān)橋梁工程施工管理人員首先應(yīng)結(jié)合工程實際施工情況及生產(chǎn)要求對大體積混凝土設(shè)計強度最大值、配筋率、外部約束、外界自然條件、后澆帶位置等設(shè)計要求進行明確。其次，應(yīng)對待澆筑體的溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進行計算，科學(xué)確定施工階段升溫峰值、溫差及降溫速率等指標(biāo)，并根據(jù)計算結(jié)果制定相應(yīng)的措施，避免或減少因設(shè)計不合理而導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。最后，充分考慮外界氣候條件，根據(jù)外界自然條件的不同，及時調(diào)整入模溫度、內(nèi)外溫差及降溫速率。

3.2 加強混凝土配合比及其材料質(zhì)量控制

橋梁工程大體積混凝土施工過程中所使用的材料與裂縫產(chǎn)生有著直接的關(guān)系，因此應(yīng)加強對大體積混凝土施工過程中的配合比及其材料質(zhì)量控制。首先，應(yīng)結(jié)合工程施工實際情況及氣溫情況優(yōu)化大體積混凝土配合比，并對水化熱、泌水率、可泵性等技術(shù)參數(shù)進行試驗，在保證強度的前提下，減少水泥用量。其次，優(yōu)選低水化熱水泥，降低水化過程中水化熱的產(chǎn)生，一般來說應(yīng)選用3d水化熱不大于240kj/kg，7d水化熱不大于270kj/kg的水泥。最后，摻合料比例、骨料質(zhì)量應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，避免因材料質(zhì)量不合格而導(dǎo)致混凝土裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.3 重視大體積混凝土的施工過程控制

(1)橋梁工程大體積混凝土澆筑方量較大，在其施工過程中應(yīng)采用分段、分層的方法進行澆筑，在施工前應(yīng)根據(jù)實際情況對待澆筑部位的分層厚度進行計算，確定分層分段方案，并保證施工的連續(xù)性。

圖5 分層分段澆筑示意圖

(2)在進行橋梁工程大體積混凝土澆筑時應(yīng)注意保持澆筑速度的一致性，不宜過快或過慢，同時應(yīng)加強振搗和注意鋼筋成品的保護措施，避免由于振搗不到位或鋼筋成品保護不當(dāng)而產(chǎn)生混凝土裂縫。

(3)制定溫控監(jiān)測方案及設(shè)置溫控監(jiān)測點。在橋梁工程大體積混凝土澆筑前應(yīng)根據(jù)科學(xué)合理編制溫控監(jiān)測方案，明確規(guī)定監(jiān)控周期、措施及具體處理措施。在大體積混凝土澆筑之前應(yīng)在混凝土內(nèi)部設(shè)置測溫點，1～7d內(nèi)每隔4h進行一次測溫，8～14d每隔8h進行一次測溫，如大體積混凝土里內(nèi)表溫差小于25℃，則可停止測溫，如仍大于25℃應(yīng)立即制定相應(yīng)的降溫措施。

圖6 混凝土振搗示意圖

3.4 做好橋梁工程大體積混凝土的養(yǎng)護工作

(1)結(jié)合項目實際情況和氣候狀況，制定合理的養(yǎng)護方案，明確養(yǎng)護采用的方法、措施、時間間隔及責(zé)任人，保證養(yǎng)護工作的順利進行。

(2)應(yīng)設(shè)置專人對澆筑完成的混凝土采用澆水覆蓋的方式定時澆水，保證混凝土表面濕潤。

3.5 科學(xué)進行橋梁工程混凝土澆筑表面保溫層計算

科學(xué)地對混凝土澆筑表面保溫層進行計算能夠準(zhǔn)確確定保溫層厚度是否達標(biāo)，進而減少混凝土裂縫現(xiàn)象的發(fā)生?；炷翝仓砻姹貙拥挠嬎氵^程具體如下：

式中，δ為混凝土表面保溫層厚度，λ0為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，λi為保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，Tb為混凝土澆筑體表面溫度，Tq為混凝土最高溫度，Tmax為混凝土內(nèi)部的最高溫度，h為混凝土實際厚度。

4 結(jié)語

大體積混凝土裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生會對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，嚴(yán)重降低了混凝土工程的使用壽命。本文以具體工程實例為基礎(chǔ)，分析了大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的具體原因，并根據(jù)裂縫產(chǎn)生原因明確了大體積混凝土裂縫控制要點，進而提高大體積混凝土施工質(zhì)量。