公路橋梁大體積砼溫差裂縫的控制舉措探討

王國強(qiáng)

摘 要 大體積砼澆筑作為橋梁施工的關(guān)鍵之一，如何針對其性能特點(diǎn)予以妥當(dāng)應(yīng)對，規(guī)避因施工不合理或欠規(guī)范而致使的開裂問題，歷來是項(xiàng)目施工管控的關(guān)鍵。本文以橋梁大體積砼溫差裂縫的所致成因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，全面探討了大體積砼溫差裂縫的防控舉措，以期為眾橋梁施工同仁在開展橋梁施工實(shí)踐時(shí)有所裨益。

關(guān)鍵詞 公路橋梁;大體積砼;溫差裂縫;控制舉措

前言

自十九大提出“建設(shè)交通強(qiáng)國”以來，各地“廣修路，齊建設(shè)”，促使我國眾多交通運(yùn)輸指標(biāo)現(xiàn)已位列國際前茅，成為強(qiáng)國之“根基”。而于公路建設(shè)之中難免需涉及橋梁修筑，會涉及大量大體積砼作業(yè)，因此，對致使橋梁大體積砼生成溫差裂縫的成因予以深入剖析、歸納，并探究出適宜的應(yīng)對舉措，以合理規(guī)避大體積砼易開裂、難保質(zhì)等施工問題，極為關(guān)鍵[1]。

1大體積砼溫差裂縫的所致成因

裂縫的產(chǎn)生對橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)及后期維護(hù)均會造成極大的影響，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致橋梁的承載能力大大降低，縮短使用年限，更有甚者會引起橋梁崩塌，對經(jīng)濟(jì)及人身安全造成的危害難以估量。本文主要從材料屬性、外界環(huán)境、時(shí)間效應(yīng)、人為影響等四個(gè)方面對大體積砼溫度裂縫的形成原因進(jìn)行探討。

（1）砼原材料方面。砼凝結(jié)不斷硬化的過程中，混合料內(nèi)的水泥與水相互作用發(fā)生水化反應(yīng)并不斷放出大量的水化熱量。在橋梁大體積砼工程施工中，砼因水化熱而導(dǎo)致內(nèi)部溫升過快且熱量難以及時(shí)散發(fā)，并與砼外面形成較大的溫差，隨著內(nèi)外溫差的不斷增大，就會導(dǎo)致出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力，在溫度應(yīng)力過大并超出砼的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會在砼外表面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。同時(shí)，水泥的水化熱反應(yīng)越大，引起內(nèi)外溫差則越大，并會形成較大的溫度應(yīng)力，進(jìn)而影響橋梁砼的強(qiáng)度及耐久性，使得橋梁砼結(jié)構(gòu)存在一定的質(zhì)量及安全隱患。另外，砼的抗碳化性也是砼質(zhì)量評定的一項(xiàng)重要影響要素，對其產(chǎn)生裂縫有一定的影響?？諝庵械腃O2與砼中的Ca（OH）2發(fā)生碳化反應(yīng)生成CaCO3和H2O，砼碳化會使鋼筋加劇銹蝕，造成鋼筋砼結(jié)構(gòu)的承載能力降低，進(jìn)而導(dǎo)致砼保護(hù)層出現(xiàn)由內(nèi)而外的開裂。

（2）外界環(huán)境影響。砼的硬化與所在環(huán)境的溫度與濕度息息有關(guān)，外界溫度過高會引起砼原材料溫度升高，如在高溫的天氣條件下施工，空氣中含水率相較較低，從而會影響砼的吸水率，致使坍落度變化與其他季節(jié)相比稍快，此刻應(yīng)適當(dāng)摻加外加劑，以減少坍落度損失造成的影響。冬季施工時(shí)，外界溫度較低并與內(nèi)部形成強(qiáng)烈溫差，使得砼內(nèi)外溫差過大易出現(xiàn)開裂，此時(shí)，須注意加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)降低大體積砼的內(nèi)外溫差，且應(yīng)適當(dāng)降低砼的用水量避免受凍。高風(fēng)季節(jié)易致使砼外表面的水分散發(fā)快損失快，而內(nèi)部水分散失慢損失慢，從而出現(xiàn)內(nèi)部與外部不同程度的收縮而發(fā)生干縮裂縫問題，因此，須注意加強(qiáng)砼的保濕養(yǎng)護(hù)，不能單一提高砼用水比例控制坍落度[2]。

（3）時(shí)間效應(yīng)影響。砼在逐漸硬化的過程中因水化熱作用體積增大，而后隨著時(shí)間變化不斷體積減小進(jìn)行收縮變形。在初凝過后砼開始收縮，一般來說在3個(gè)月之后收縮逐漸變緩，直至2年后收縮變形逐漸趨于穩(wěn)定，在此過程中砼受到約束則會出現(xiàn)收縮拉力，并加速裂縫問題。另外，砼因持續(xù)受到自身自重及其他恒載影響會隨著時(shí)間的增長而產(chǎn)生變形即徐變，徐變具有隨著時(shí)間增長而應(yīng)變不斷增長的特性屬于塑性變形，大體積砼在徐變的作用下也會因控制不當(dāng)而引起開裂。

（4）人為因素影響。大體積砼施工過程中，砼水膠比會影響砼品質(zhì)的高低，用水量過少會導(dǎo)致集料多而泌水少，從而易導(dǎo)致砼出現(xiàn)收縮裂縫，降低砼的耐久性;其次，砼攪拌的速度或時(shí)間把控不當(dāng)也會對砼的質(zhì)量造成直接影響，若攪拌時(shí)長過短則砼的勻質(zhì)性達(dá)不到要求，從而致使砼在后期凝結(jié)的過程中出現(xiàn)收縮差異而增加砼裂縫的概率，若攪拌時(shí)間過久會引起砼的離析，從而使表層水泥砂漿過于集中而導(dǎo)致收縮加劇出現(xiàn)開裂;此外，砼振搗過程中，振搗時(shí)間過短、振搗深度不夠或振搗操作不均，都會導(dǎo)致砼的密實(shí)性或勻質(zhì)性受到影響而誘發(fā)裂縫的生成。最后，大體積砼澆筑時(shí)，分塊分層不合理、新舊砼結(jié)合面間隔時(shí)間過久等均會引發(fā)砼構(gòu)件貫穿裂縫而對橋梁的強(qiáng)度及耐久性造成十分不利的影響[3]。

2大體積砼溫差裂縫的防控舉措

2.1 嚴(yán)把砼原材質(zhì)量

大體積砼的穩(wěn)定性一般體現(xiàn)在對抗物理、化學(xué)作用力時(shí)的穩(wěn)定能力，只有大體積砼的強(qiáng)度得到了保障，砼的抗拉性能和抗裂性能才能得以顯著提升。首先，做好砼原材的合理選擇，優(yōu)先選擇低熱或中熱水泥等水化放熱量低的水泥，且所用石子級配應(yīng)良好，砂子中含泥量應(yīng)控制<1%，石粉含量以15%～18%為宜，并通過摻加適量外加劑，提高砼早期強(qiáng)度以及抗裂性能。其次，合理選取砼配比，嚴(yán)格按照橋梁大體積砼的設(shè)計(jì)配比與試驗(yàn)要求優(yōu)化配比，并嚴(yán)格按照“三低、二摻、一高”的配比原則，盡量減少砼內(nèi)每方水泥用量，降低水灰比，進(jìn)而有效降低因水泥水化熱反應(yīng)而導(dǎo)致的溫度裂縫。此外，合理摻加外加劑。通過增加砼外加劑，在改進(jìn)砼性能時(shí)還可節(jié)約資源，有利于提高砼質(zhì)量，確保橋梁大體積砼工程項(xiàng)目的安全性、耐久性和穩(wěn)定性。例如，外加定量的膨脹劑可使大體積砼在凝聚硬化時(shí)體積變大膨脹，內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓力提升密實(shí)度抵消部分砼內(nèi)部因溫差發(fā)生的拉應(yīng)力。砼拌和時(shí)摻入定量的減水劑可以使水泥水化的速度下降，對裂縫的發(fā)生起到了必定的防備作用。

2.2 緊控砼澆筑溫度

橋梁大體積砼澆筑時(shí)，為避免砼內(nèi)外溫度差過大而導(dǎo)致的砼溫差裂縫，務(wù)須嚴(yán)加把控砼澆筑時(shí)的溫度。通常，大體積砼的澆筑作業(yè)應(yīng)盡量避開高溫、嚴(yán)寒天氣，確保砼澆筑入模時(shí)溫度保持最佳，進(jìn)而有效控制大體積砼自身溫度變化。其中，夏季一般采用水泥通風(fēng)散熱、骨料澆水降溫、澆筑前預(yù)冷砼和減小砼運(yùn)輸距離等措施降低砼拌合物入模溫度，確保砼澆筑入模時(shí)低于25℃。冬季低溫澆筑入模時(shí)砼溫度不得低于10℃，澆筑后須采取外部長時(shí)間保溫養(yǎng)護(hù)，做好保溫覆蓋措施，并結(jié)合施工實(shí)際合理制定模板的拆除時(shí)間。完成澆筑后，相應(yīng)施工人員應(yīng)加大測溫頻率，做好溫度檢測，隨時(shí)掌握與控制砼內(nèi)外溫差值。

2.3 降低水泥水化熱

大體積砼澆筑后熱量主要來自水泥水化熱，內(nèi)部熱量升高速率遠(yuǎn)高于外部。而為規(guī)避內(nèi)部升溫過快而造成的內(nèi)外溫差過大，并考慮直接、經(jīng)濟(jì)、易施工等多方面因素的影響，大體積砼最常用的施工處理方法就是在砼澆筑前提前埋置冷卻降溫用的水管。在夏季施工時(shí)為防止砼澆筑后內(nèi)部熱量散發(fā)過慢，可在砼澆筑時(shí)或澆筑后通過預(yù)埋的冷卻水管通冷水，通過冷水流的導(dǎo)熱性將砼內(nèi)部的熱量帶走，強(qiáng)制降低砼中水化熱時(shí)的溫度峰值，降低砼內(nèi)外部溫差而導(dǎo)致的裂縫。通常，須控制砼內(nèi)外部的溫度差不超過25℃，一旦監(jiān)測超出允許溫度差時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取內(nèi)部冷水循環(huán)降溫或外部覆蓋保溫減少溫差。

2.4 合理采取分塊分縫

橋梁大體積砼因體量大內(nèi)部不易散熱，因而不適宜整體澆筑，為有效減少澆筑時(shí)內(nèi)部溫度散發(fā)不及時(shí)的問題，可在時(shí)間允許的條件下，采用分塊澆筑即常用的分層澆筑與分段澆筑兩種作業(yè)方法。分層澆筑又根據(jù)砼澆筑長度、厚度以及寬度的不同而分為全面分層、分段分層以及斜面分層三種方式，通過合理的分層可以使砼內(nèi)部的水化熱得到充分散發(fā)，避免熱量集聚導(dǎo)致的內(nèi)外溫差。但需要注意的是，采用薄層澆筑時(shí)須嚴(yán)格控制好澆筑的間歇時(shí)間，若間歇時(shí)間過長砼初凝會導(dǎo)致結(jié)合面位置產(chǎn)生垂直裂縫，若間歇時(shí)間過短則不利于下層砼散熱造成熱量聚集而產(chǎn)生溫差裂縫。另外，按照大體積砼施工縫位置合理分縫并通過分層連續(xù)澆筑或推移連續(xù)澆筑，將砼按照縫、塊、時(shí)間分開澆筑，這樣既可以方便施工，同時(shí)也能防止裂縫的產(chǎn)生。

2.5 做好砼后期養(yǎng)護(hù)

大體積砼的約束應(yīng)力隨著砼降溫速度變小而逐漸降低，澆筑砼入模后通過控制砼溫度降速，并利用砼自身的抗拉能力來提高砼的抗裂性能。對此，可通過采取保溫措施來減少砼外表面熱量的過快擴(kuò)散，以減小砼內(nèi)外表面的溫度梯度，延長砼外部散熱時(shí)間，使得因溫度差導(dǎo)致砼產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于砼的抗拉強(qiáng)度。早期可通過加強(qiáng)大體積砼的保溫養(yǎng)護(hù)充分發(fā)揮砼強(qiáng)度的潛力和材料松弛特性，進(jìn)而使砼早期及相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量有一定提升，進(jìn)而有效避免由此而導(dǎo)致的貫穿裂縫。

3結(jié)束語

研究表明，橋梁結(jié)構(gòu)的破損通常是伊始于砼裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)展，隨時(shí)間的遞增而對橋梁的強(qiáng)度、耐久性、抗震性等造成愈發(fā)嚴(yán)重影響。因此，廣大施工人員務(wù)須嚴(yán)抓緊控，嚴(yán)把施作質(zhì)量，通過合理的管控舉措，將砼開裂把控于允許值之內(nèi)，進(jìn)而為橋梁的長久安穩(wěn)承荷提供切實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 王學(xué)儒.公路橋梁大體積混凝土裂縫成因與控制措施[J].工程技術(shù)研究，2020，5（5）：145-146.

[2] 鐵留江·俊軍曼.橋梁大體積承臺混凝土溫度裂縫控制分析[J].西部交通科技，2019（11）：106-108.

[3] 鄒德佳.道路橋梁中大體積混凝土施工裂縫防治措施探究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（8）：68-69.