冬季施工大體積混凝土防止裂縫的措施

高旭東

淄博市交通運輸事業(yè)服務(wù)中心

1 前言

南崔路分離立交橋中心樁號為K198+819，0 號橋臺為U 型橋臺、擴大基礎(chǔ)，7號橋臺為柱式臺、樁基礎(chǔ)。0號橋臺長為10m，底寬為3.7m，頂寬為2.1m，高為4.8m,采用C30 混凝土，共223.5m3。施工日期為2019年11月29 日，施工時，正處于冬季，澆筑橋臺所采用的大體積混凝土入模溫度介于15℃～20℃之間。

2 大體積混凝土冬季施工產(chǎn)生溫度裂縫的原因分析

大體積混凝土屬于熱的不良導(dǎo)體，在混凝土凝結(jié)過程中，釋放出大量的熱量，在此期間將會產(chǎn)生水化熱的化學(xué)反應(yīng)，如果以水泥用量300kg/m3～550kg/m3來計算，每1m3混凝土能夠釋放出15500KJ～27500KJ的熱量，熱量的釋放時間一般在3天左右。對于大體積混凝土來說，積蓄在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化熱散發(fā)速度較慢，此時，內(nèi)部溫度不斷上升，而混凝土表面溫度急劇降低，導(dǎo)致內(nèi)外部溫差值逐步增大，尤其對于南崔路分離立交橋重力式橋臺工程來說，施工時，正處于冬季，晝夜溫度差異較大，內(nèi)部混凝土在熱脹作用下產(chǎn)生壓力，外部混凝在冷縮變形中產(chǎn)生拉力，混凝土在雙向作用力下，自身的抗拉強度急速下降，當(dāng)內(nèi)部拉應(yīng)力超過抗拉強度時，大體積混凝土就會產(chǎn)生大量裂縫，通常情況下，溫度裂縫的產(chǎn)生時間在澆筑混凝土后的3～5天之內(nèi)，裂縫初期，縫隙較小，隨著時間的推移，裂縫的深度與面積不斷擴大，嚴重的還會貫穿于整個混凝土結(jié)構(gòu)[1]。

如果按裂縫深度予以劃分，大體積混凝土的溫度裂縫可以分為貫穿裂縫、深層裂縫以及表面裂縫。貫穿裂縫切斷了混凝土結(jié)構(gòu)斷面，使混凝土結(jié)構(gòu)失去整體性，如果不及時處理，將會發(fā)生較為嚴重的安全事故。深層裂縫是部分切斷混凝土結(jié)構(gòu)斷面，如果整治措施不到位，將快速發(fā)展成為貫穿裂縫。而表面裂縫的危害性雖說很小，但是，隨著混凝土水化熱現(xiàn)象的不斷加劇表面裂縫也會逐漸演變成為危害性較大的深層裂縫或者貫穿裂縫。

3 冬季施工大體積混凝土防止裂縫的有效措施

針對冬季施工的南崔路分離立交橋重力式橋臺，在施工前，應(yīng)進一步優(yōu)化混凝土配合比，以減少水化熱釋放出的熱量值。此外，采取安裝防裂網(wǎng)、增加片石、加裝冷卻管以及在混凝土表面設(shè)置保溫層的方法防止溫度裂縫的產(chǎn)生。

3.1 優(yōu)化配合比

大體積混凝土的配合比設(shè)計與混凝土水化熱的產(chǎn)生有著直接關(guān)聯(lián)，因此，設(shè)計配合比時，在遵循混凝土拌和物的和易性滿足施工需要、混凝土強度滿足設(shè)計要求、混凝土具有良好耐久性原則的同時，應(yīng)當(dāng)將減少水化熱作為一項重要指標。此外，根據(jù)該工程施工組織方案的要求以及結(jié)合冬季施工的特點，在選用水泥原料時，應(yīng)當(dāng)選擇水化熱較低的水泥，粗細骨料的含泥量應(yīng)控制在1%～1.5%以下，同時，粉煤灰中的含硫量與含堿量不宜過高。

當(dāng)確定選料原則后，在設(shè)計南崔路分離立交橋重力式橋臺混凝土的配合比時，技術(shù)人員首先對C30 臺身配合比采用摻入粉煤灰的措施，具體配合比為：水泥：粉煤灰：砂：碎石：水：外加劑=376:42：856：937：180：5.016。水泥采用P.O42.5水泥，碎石配合比例為16mm～31.5mm碎石：10mm～20mm碎石：5mm～10mm碎石=20：70：10，砂采用河沙，細度模數(shù)2.6，外加劑采用聚羧酸減水劑，粉煤灰采用二級粉煤灰。

3.2 加裝防裂網(wǎng)與片石

在施工過程中，在橋臺的臺身及側(cè)墻表面加裝C10 防裂鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的縱橫向間距為10cm，保護層厚度2.5cm。通過這一舉措能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)起到緊固作用，將混凝土裂縫的發(fā)生概率降到最低值。此外，在澆筑橋臺混凝土?xí)r，每澆筑60cm 的混凝土，在混凝土澆筑結(jié)構(gòu)中擺放一層片石，片石距離模板的距離為15cm，間距為15cm～20cm。

3.3 設(shè)置冷卻管

大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因是由于內(nèi)外部溫度差值較大，為了平衡內(nèi)外溫度差，防止水化熱的產(chǎn)生，南崔路分離立交橋重力式橋臺在澆筑混凝土施工時，可以采用設(shè)置冷卻管方式，即選擇強度高，熱傳導(dǎo)性能好的鐵管，公稱直徑為42.3mm，并設(shè)置兩層，分別安裝在橋臺底部以上1m 的位置與底部以上2.5m的位置，其中，環(huán)形冷卻管距離橋臺前墻的距離分別為1m 和2.2m，距離側(cè)墻的距離分別為0.8m 以及1.6m。當(dāng)冷卻管自澆筑混凝土?xí)r即通入冷水，通水時間為7天，在澆水過程中，進出水口的水溫差不得大于10℃，而水溫與混凝土內(nèi)部的溫差值不得大于20℃。通過這種方法，縮小了大體積混凝土的內(nèi)外溫差值，內(nèi)部熱量釋放得到有效控制，這就降低了發(fā)生水化熱的概率，對溫度裂縫的產(chǎn)生起到抑制作用[2]。

3.4 設(shè)置保溫層

當(dāng)混凝土澆筑完畢后，隨即進入養(yǎng)生階段，在這道工序中，工程技術(shù)人員可以在鋼模板的外側(cè)采用苯板對模板內(nèi)部的混凝土進行密封保溫，整個橋臺采用彩條布予以密封，彩條布內(nèi)安裝蒸汽發(fā)生器，采取蒸汽養(yǎng)生保溫的方法，使大體積混凝土內(nèi)外溫度差縮小，這樣，發(fā)生溫度裂縫的概率也大幅下降。

4 大體積混凝土裂縫的修補措施

4.1 表面修補法

當(dāng)大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫后，首先可以采取表面修補的方法，利用增加混凝土整體面層，壓抹環(huán)氧膠泥，環(huán)氧漿液黏玻璃絲布對混凝土的表面細小裂縫進行涂覆處理，通常情況下，這種方法只適用于小于等于0.2mm的裂縫寬度。

4.2 局部修復(fù)法

根據(jù)溫度裂縫的深度，局部修復(fù)法包括充填法、預(yù)應(yīng)力法以及重新澆筑混凝土等方法。充填法主要是利用鋼釬、風(fēng)鎬以及高速旋轉(zhuǎn)的切割圓盤將混凝土表面裂縫擴大，使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)梯形槽或者V 形槽，此時，可以采用分層壓抹環(huán)氧砂漿、水泥砂漿、聚氯乙烯膠泥或者瀝青油膏的方法修復(fù)裂縫。預(yù)應(yīng)力法是利用鉆機在混凝土構(gòu)件上鉆孔，在進行鉆孔作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)避免與混凝土的內(nèi)部鋼筋發(fā)生觸碰，防止鋼筋斷裂，而降低混凝土結(jié)構(gòu)的強度，當(dāng)鉆孔穿入螺栓后，施加預(yù)應(yīng)力擰緊螺帽，這樣能夠縮小裂縫的寬度，或者使裂縫閉合。重新澆筑混凝土主要針對深度裂縫而采取的一種修補方法，施工時，將裂縫周邊的混凝土鑿除，充分濕潤后，澆筑強度等級較高的混凝土，再對澆筑后的混凝土進行養(yǎng)生，以滿足混凝土的強度要求。

4.3 灌漿法

這種修補方法主要是利用水泥或者化學(xué)漿液，將其灌入混凝土的裂縫當(dāng)中，使?jié){液在混凝土的縫隙當(dāng)中擴散、固化，固化后的漿液具有較高的黏結(jié)強度，能夠與原有混凝土黏結(jié)在一起，而形成一個整體結(jié)構(gòu)。一般采用的化學(xué)漿液包括環(huán)氧樹脂漿液、甲凝漿液、水玻璃、丙烯酞胺、丙烯酸鹽等，當(dāng)這些不溶物填充到混凝土縫隙當(dāng)中，其不透水性使混凝土結(jié)構(gòu)強度增大，能夠收到良好的修補效果[3]。

4.4 填充密封法

這種方法主要是沿著混凝土構(gòu)件表面的裂縫走向，開鑿出V形或者U形溝槽，然后利用改性的環(huán)氧樹脂或者彈性填縫材料對裂縫進行填充，而封閉裂縫表面通常采用纖維復(fù)合材料，這種修補方法適用于處理大于0.5mm寬度的混凝土裂縫。

5 施工后觀測

當(dāng)橋臺大體積混凝土澆筑過程中，在混凝土的中心埋入三個溫度傳感器，傳感器距橋臺前墻的距離為1m，埋置深度距離橋臺的頂部為1m，分布位置分別為兩側(cè)各埋置一個，中心位置埋置一個，其中兩側(cè)埋置的傳感器距離橋臺側(cè)面的距離為1m。當(dāng)埋置工作結(jié)束后，工程技術(shù)人員借助于傳感器測定的混凝土內(nèi)部溫度值，對溫度變化情況進行觀察，并隨時做好記錄。澆筑后的7 天內(nèi)，大氣溫度為-4℃～10℃之間，蒸汽養(yǎng)生溫度控制在20±3℃，混凝土內(nèi)部溫度從澆筑后逐步升高，第三天內(nèi)部溫度達到峰值41.4℃，然后逐步下降，第七天內(nèi)部溫度為15℃左右。在混凝土經(jīng)過7天的養(yǎng)生時間后，于第8天中午開始拆模，拆模后，通過觀察橋臺的混凝土結(jié)構(gòu)，并未發(fā)現(xiàn)裂縫?；炷翜囟缺O(jiān)測數(shù)值、混凝土強度值如圖1所示。

圖1 混凝土溫度監(jiān)測數(shù)值、混凝土強度值

6 結(jié)束語

在南崔路分離立交橋重力式橋臺的大體積混凝土施工過程中，通過采取優(yōu)化配合比、加裝防裂網(wǎng)與片石、設(shè)置冷卻管以及設(shè)置保溫層的措施，橋臺的混凝土結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，由此可以看出，這些措施在冬季施工大體積混凝土溫度裂縫的控制方面效果顯著，它不僅為冬季大體積混凝土施工提供了可靠的技術(shù)保障，同時，對提高冬季施工的混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量也積累了豐富的經(jīng)驗。