主橋承臺大體積混凝土開裂的起因與防裂措施

孫春剛

中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司

1 引言

主橋承臺大體積混凝土被廣泛地應(yīng)用到各種建筑施工中，使得混凝土結(jié)構(gòu)的保養(yǎng)與防裂成為建筑施工的重點(diǎn)之一。特別是多數(shù)施工項(xiàng)目中大體積混凝土都是應(yīng)用在主體部分，若是無法控制開裂問題，就難以保證建筑物的安全性與工程質(zhì)量。因此，在主橋承臺大體積混凝土施工中，就要做好防裂工作，在施工階段加強(qiáng)質(zhì)量管理，以保障混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止開裂。

2 工程概況

寧夏永寧黃河公路大橋與葉盛黃河公路大橋、銀川黃河公路大橋相鄰，是銀川市綜合規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，處于銀川市永寧縣和靈武市之間，全長有3753.1m，其中主橋橋跨為（110+260+110）m、雙塔雙索面斜拉橋+（50.5+6×90+50.5)，主橋長為1121m，橋梁寬面為2×16.5m。主橋承臺呈現(xiàn)啞鈴形，是整體式混凝土結(jié)構(gòu)，其中外形尺寸為51.08×32.5m、厚度為5m。由于承臺位于黃河流域中，水位較高，承臺尺寸大，承臺入泥深，承臺施工時(shí)周邊支護(hù)采用鋼板樁圍堰；基坑開挖采用抽水吸沙的方式；圍堰內(nèi)封底混凝土采用水下封底。

3 主橋承臺大體積混凝土開裂的起因

實(shí)際施工中，導(dǎo)致主橋承臺大體積混凝土開裂的因素有很多，最為常見的就是溫度，除此以外還有施工工序、周邊環(huán)境和儀器設(shè)備等，以下是針對這些因素的歸納與總結(jié)：

3.1 內(nèi)外溫差

水泥的主要成分是石灰，眾所周知，石灰遇水后會放熱，所以水泥水化熱也會影響混凝土的結(jié)構(gòu)。大體積混凝土澆筑完成后的3～5天內(nèi)，就會出現(xiàn)因?yàn)閮?nèi)部水化反應(yīng)所出現(xiàn)的放熱現(xiàn)象，由于這些熱量是在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的，一旦出現(xiàn)散熱不均勻，就會導(dǎo)致內(nèi)部儲熱，內(nèi)部溫度高于外部溫度所產(chǎn)生的溫差，就會大致內(nèi)外結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力出現(xiàn)偏差，一旦內(nèi)外結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力超過了結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度極限，就會在外部出現(xiàn)裂縫。所以，水泥水化熱所造成的內(nèi)外溫差，是混凝土開裂的主要原因。

3.2 濕度變化

除卻混凝土內(nèi)部放熱以外，外界氣候與濕度變化，也會影響混凝土的澆筑，特別是混凝土的凝結(jié)會受外界濕度和溫度的而影響。若是在澆筑過程中，外界溫度過高救護(hù)導(dǎo)致澆筑入模溫度高，極容易影響混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，若是溫差逐步增大，就會造成混凝土表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的受力不均勻，導(dǎo)致混凝圖外部開裂。濕度對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，主要是體現(xiàn)在水分蒸發(fā)上，因?yàn)樗终舭l(fā)不均勻?qū)е聹囟确植疾顒e大，影響了內(nèi)應(yīng)力的分布，從而導(dǎo)致混凝土表面開裂。

3.3 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變形

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變形也會影響混凝土結(jié)構(gòu)，這也是主橋承臺大體積混凝土開裂的主要原因。如果在施工設(shè)計(jì)階段，對施工地點(diǎn)的勘探部精確、或是實(shí)驗(yàn)詩句不準(zhǔn)確，地質(zhì)條件調(diào)查不全面，就會導(dǎo)致施工階段出現(xiàn)地質(zhì)不均勻沉降的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變形。尤其是在軟土地基去施工中，若是沒有做好地基固化措施，地基在施工中遇水就會變形，建筑體受力不均勻或是協(xié)調(diào)性不夠，就會產(chǎn)生裂縫，且還是深度裂縫和貫穿裂縫，對整體建筑結(jié)構(gòu)以及施工質(zhì)量會造成較大影響，從而留下較大的安全隱患。

3.4 混凝土收縮

開裂，不僅會發(fā)生在澆筑后或是與溫度有關(guān)，也會出現(xiàn)在凝結(jié)時(shí)期。收縮現(xiàn)象是凝結(jié)時(shí)期出現(xiàn)混凝土開裂的主要原因，若是在混凝土施工中無法很好地控制收縮現(xiàn)象，就會導(dǎo)致開裂。其中，干燥收縮，是由于混凝土在凝結(jié)過程中出現(xiàn)水化反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分快速蒸發(fā)。混凝土出現(xiàn)水化反應(yīng)的水量，僅占據(jù)混凝土所有水分的20%，其余的水分則是用于保證混凝土結(jié)構(gòu)的和易性，這些水分在澆筑凝結(jié)后都會逐步向外蒸發(fā)。相對的，塑性收縮則是因?yàn)榛炷羶?nèi)外部的水分蒸發(fā)速度不一樣，影響了混凝土整體的拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)，內(nèi)外溫差越大，則造成的拉應(yīng)力就越大，超出混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度后，就會出現(xiàn)由外向內(nèi)的干縮現(xiàn)象，這種現(xiàn)象無法逆轉(zhuǎn)。

4 主橋承臺大體積混凝土的有效防裂措施

為控制裂縫，減少裂縫的產(chǎn)生，需要在混凝土施工中做好防裂措施，從材料篩選到工序控制，從設(shè)備配置到后期養(yǎng)護(hù)，都要選擇合適的防裂出措施，以運(yùn)用好大體積混凝土施工技術(shù)，保證混凝土的施工質(zhì)量。

4.1 加強(qiáng)對混凝土材料的篩選

現(xiàn)階段，主橋承臺大體積混凝土的施工材料基本上都是水泥、活性混合材料等，為了提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，防止開裂。在實(shí)際施工前，應(yīng)先對材料質(zhì)量和材料的使用進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與控制，水泥大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，主要是因?yàn)榛炷磷陨聿牧系纳嵝暂^差，因此在選擇材料中，要注重對材料散熱性的考察。一方面，在水泥材料選取中，要格外注意睡你的礦物組成和細(xì)度，因?yàn)樗療釓?qiáng)度與這兩者有關(guān)，水泥材料篩選中應(yīng)該選擇細(xì)度適中的材料，并在使用前進(jìn)行試驗(yàn)，測定材料的水花反應(yīng)速度。另一方面，在活性混合材料選取中，要及時(shí)控制水化熱升溫，通過降低水泥含量和提高混凝土的易和性，減少水化熱所放出的熱量。最為常用的是粉煤灰，這種材料的反應(yīng)比較緩慢。再者，粉煤灰中含有較大玻璃球型顆粒，且其硬度較高，表面積較小，吸附水能力比較低，降低混凝土干縮性的同時(shí)，增強(qiáng)其強(qiáng)度，以減少裂縫的產(chǎn)生。

4.2 注重對外加劑的選擇

在外加劑的選擇中，大體積混凝土使用的外加劑有緩凝劑、引氣劑、高效水凝劑，這些外加劑的功效和特點(diǎn)不同，科學(xué)、合理地使用外加劑，能顯著降低混凝土水化反應(yīng)強(qiáng)度，均衡內(nèi)外的散熱速度、提高結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，以防止開裂。因此，在主橋承臺大體積混凝土澆筑過程中，由于混凝土中水泥含量較少，多的是拌和物，應(yīng)該在拌和中加入小體積的封閉氣泡，減少骨料的摩擦，必要時(shí)還可以使用引氣劑改善混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，以提升混凝土的強(qiáng)度與耐久度。由于大體積混凝土很難散去內(nèi)部的熱量，所以在緩凝劑選擇中，要盡可能地選擇中性緩凝劑，在不影響混凝土結(jié)構(gòu)的同時(shí)，減緩混凝土的水花反應(yīng)，控制熱量的產(chǎn)生速率，縮小內(nèi)外溫度差異，減小內(nèi)外溫差。

4.3 優(yōu)化混凝土施工技術(shù)

首先，要合理安排混凝土澆筑機(jī)械設(shè)備，既要保證在混凝土澆筑中能配備足夠數(shù)量的機(jī)械設(shè)備，連續(xù)性地澆筑大體積混凝土，也要結(jié)合以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，劃分好設(shè)備的布置區(qū)域，避免設(shè)備之間的相互影響。本工程在實(shí)際施工中要保證供應(yīng)量為90m3/h以上，所以至少要配備8臺運(yùn)輸罐車運(yùn)送混凝土，現(xiàn)場還要有2臺輸送泵輸送混凝土至承臺內(nèi)，整個澆筑過程中工地現(xiàn)場的發(fā)電系統(tǒng)要正常使用，確保施工不會被外界因素打斷。其次，承臺模板及其鋼筋安裝中，應(yīng)該依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要選，選擇好模板以及鋼筋，布置好冷卻管。在模板安裝前，還要對承臺尺寸和平面位置進(jìn)行復(fù)測，保證平面尺寸、平整度以及標(biāo)高符合規(guī)范要求，再結(jié)合設(shè)計(jì)一致和規(guī)范進(jìn)行測量放樣。

4.4 做好混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土施工前就要規(guī)劃養(yǎng)護(hù)工作，明確每項(xiàng)施工步驟，控制水泥水化熱造成的溫差和散熱問題。為避免水分蒸發(fā)不均勻，要在澆筑完成后，用棉絮覆蓋或是進(jìn)行二次抹壓，再利用冷卻循環(huán)水持續(xù)性澆向混凝土表面的棉絮，以實(shí)現(xiàn)水分均勻蒸發(fā)和控制熱量散失速率，縮小內(nèi)外溫差。此外，還要盡可能地提高養(yǎng)護(hù)水的溫差，減少混凝土表面水與大氣之間的溫差，將混凝土中心與表面之間的溫差控制在固定范圍之內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上所述，為減少裂縫的產(chǎn)生，混凝土施工中要控制好溫差，選擇合適的水泥材料和添加劑等，在施工前就要面向周邊施工環(huán)境、氣候以及濕度等因素做好全面的地質(zhì)調(diào)查，依據(jù)影響混凝土施工以及結(jié)構(gòu)安全性的各項(xiàng)因素，采取有效的防裂措施。