高速鐵路大體積混凝土施工技術(shù)及裂縫預(yù)防措施的探討

何忠忠 孫汝英 程焰明

*通訊作者：何忠忠，1970年01月，男，漢族，湖北省黃石市人，現(xiàn)任大冶有色設(shè)計研究院有限公司高級工程師，大學(xué)本科。研究方向：建筑設(shè)計。

摘 要：隨著現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，高速鐵路已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械年P(guān)鍵支撐，也因此，高速鐵路大體積混凝土施工技術(shù)越發(fā)受到廣泛重視。在現(xiàn)有高速鐵路工程中，大體積混凝土常常會伴隨相應(yīng)的裂縫出現(xiàn)，將會極大程度地影響橋梁的耐久性、美觀性和穩(wěn)定性。所以本文將會重點探討分析高速鐵路大體積混凝土裂縫的引發(fā)原因，并針對性地探討相關(guān)預(yù)防措施，以求能夠為相關(guān)單位提供借鑒和參考作用。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;大體積混凝土;施工技術(shù);裂縫原因;預(yù)防措施

Abstract： With the rapid development of modern society， high-speed railway has become the key support for people’s daily travel. Therefore， the mass concrete construction technology of high-speed railway has attracted more and more attention. In the existing high-speed railway engineering， mass concrete often appears with corresponding cracks， which will greatly affect the durability， aesthetics and stability of the bridge. Therefore， this paper will focus on the causes of cracks in mass concrete of high-speed railway， and explore relevant preventive measures， in order to provide reference for relevant units.

Keywords： High-speed railway; Mass concrete; Construction technology; Causes of cracks; Prevention measures

一、引言

在最近幾年，我國高速鐵路發(fā)展速度飛快，混凝土施工技術(shù)得到的重視也在日漸提升。但是在大體積混凝土卻經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫問題，所以針對性地尋找引發(fā)裂縫的原因極為重要[1]。結(jié)合目前已有情況來看，大體積混凝土的裂縫原因主要體現(xiàn)在水化熱引起的溫縮開裂、材料原因、技術(shù)原因和環(huán)境原因這四大方面，但是與其相互關(guān)聯(lián)的研究內(nèi)容仍然相對較少，所以本文將會重點分析探討相關(guān)預(yù)防措施，認(rèn)為相關(guān)單位需要從配合比、骨料、外加劑、養(yǎng)護(hù)等多元化環(huán)節(jié)著手，這樣才能夠提升施工質(zhì)量和施工效率。

二、高速鐵路大體積混凝土施工裂縫原因

（一）水化熱

大體積混凝土中的水泥材料在遇水以后將會釋放出大量水化熱，但是因為混凝土的內(nèi)部散熱能力和表面散熱能力存在本質(zhì)上的差異，也就是說內(nèi)部并未和空氣直接接觸，所以散熱能力相對較差，而混凝土表面因為和空氣直接接觸，所以散熱能力相對良好[2]。加上混凝土的導(dǎo)熱能力相對較差，所以導(dǎo)致水化熱長時間聚集在混凝土內(nèi)部，溫度上升情況顯著，進(jìn)而引發(fā)外低內(nèi)高的溫度差，在外部和內(nèi)部的共同約束下，混凝土無法自由形變，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部和外表面產(chǎn)生溫度應(yīng)力，此種溫度應(yīng)力如果超越混凝土的極限拉伸值的話，如表1所示為部分混凝土的物理力學(xué)性能和極限拉伸值，將會導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生溫度裂縫。

（二）材料原因

對于高速鐵路來講，橋墩和橋臺所應(yīng)用的混凝土絕大多數(shù)都是商品混凝土，本身強度較高，與此同時普通的硅酸鹽水泥的使用量也非常高，二者的表現(xiàn)都是早期強度較大并且水化熱顯著，所以引發(fā)裂縫問題的幾率極大程度地提升。

（三）技術(shù)原因

對于各種材料的配合比的管控是非常關(guān)鍵的工作，是避免裂縫問題出現(xiàn)的關(guān)鍵支撐，尤其是對水泥用量的管控，與此同時選擇正確且科學(xué)的施工方法和施工工藝也是極為關(guān)鍵的工作。比如混凝土澆筑方法和振搗順序等[3]，同時更包括后期養(yǎng)護(hù)管理等，此類工作的質(zhì)量均會直接和裂縫的出現(xiàn)幾率相互關(guān)聯(lián)。

（四）環(huán)境原因

通常來講，混凝土澆筑時間會被控制在夏天的5～11月，這將會極大程度地增加混凝土溫度控制的困難程度。伴隨外部氣溫的逐漸增加，澆筑溫度也會隨之增加，如果外部溫度出現(xiàn)驟然減小的情況，那么必然會極大程度地擴大混凝土外表面和內(nèi)部的溫度差值，進(jìn)而出現(xiàn)溫差應(yīng)力[4]。面對此類問題，有必要選擇低溫澆筑的方法，用于從根本上避免可能會出現(xiàn)的溫差過高的問題，并且還能夠行之有效地解決裂縫問題的影響和限制。

三、高速鐵路大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施

（一）優(yōu)化改進(jìn)混凝土配合比

結(jié)合相關(guān)引發(fā)原因來看，大體積混凝土裂縫的出現(xiàn)的根本原因就是溫度不同，因為內(nèi)外部溫差而引發(fā)的裂縫問題屢見不鮮，所以如何行之有效地減少內(nèi)部溫度和外表面溫度的差值是相當(dāng)重要的工作，為盡可能地解決此項問題，有必要顯著降低混凝土的水化熱，這樣才能夠切實有效地保障混凝土的力學(xué)性能和抗拉伸能力等均滿足實際施工需要。具體來講，相關(guān)工作者需要多次設(shè)計大體積混凝土的配合比，同時還需要積極地優(yōu)化完善設(shè)計工作，切實減少對水泥的應(yīng)用，減少其用量的具體方式是在確定配合比的過程中提升骨料以及摻合料的比值，降低水泥的比值。結(jié)合高速鐵路的實際建設(shè)需要來看，為切實有效地滿足高強度以及低熱的要求是水泥選擇的關(guān)鍵支撐，同時也將會成為關(guān)系到高速鐵路質(zhì)量的關(guān)鍵內(nèi)容[5]。水泥的化合物成分以及細(xì)度函數(shù)就是水泥的水化熱，所以為保障水化熱的減少，完全可以通過對水泥細(xì)度以及其礦物構(gòu)成的調(diào)控來完成，通過此種方法，不僅能夠降低溫度應(yīng)力所帶來的影響，而且還能夠切實有效地提升混凝土的初始階段的強度，進(jìn)而實現(xiàn)對溫度的有效管控，但是我國現(xiàn)在大部分水泥生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的水泥顆粒都比較細(xì)，鋁酸三鈣含量較高，導(dǎo)致水泥水化速度快。

美國在水化熱控制控制方面做出比較好的示范。美國KELO無機納米抗裂防滲劑，通過摻入到混凝土里面，抑制和延遲了水化熱的反應(yīng)速率，使混凝土內(nèi)外溫差幾乎保持一致，從而從源頭上解決了水化熱過高帶來的溫縮開裂問題，在美國有大量成熟的案例，國內(nèi)值得借鑒此化學(xué)抑制法。

（二）結(jié)合施工特征選取骨料

在現(xiàn)代高速鐵路施工過程中，可以清晰地發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)混凝土中的集料體積都是非常高的，占據(jù)混凝土整體體積的半數(shù)以上，并且在成型階段，集料承擔(dān)著導(dǎo)熱的重要作用，因而在選擇集料的過程中，有必要選擇具備良好導(dǎo)熱能力的材料，這樣便能夠切實有效地減少混凝土的內(nèi)部溫度和外部溫度的差值，從而減小混凝土所受到的壓應(yīng)力。除此以外，對集料本身的溫度的控制也是相當(dāng)關(guān)鍵的組成部分，根本原因在于集料的溫度將會直接關(guān)系到水化熱的大小，如果集料的溫度相對較高，那么與其對應(yīng)的水化熱也就會比較大，所以需要充分貼合當(dāng)時的氣溫狀況以及集料本身的溫度制備混凝土，在部分情況下，制作以前有必要針對性地降低集料的溫度[6]。與此同時，大體積混凝土的骨料應(yīng)該選擇粒徑較大并且是連續(xù)級配的，此舉能夠極大程度地節(jié)省所需要耗費的經(jīng)濟(jì)成本，無論是對水泥的用量還是對水的用量都是比較少的，與此同時還能夠切實有效地避免孔洞的出現(xiàn)概率，從而更好地避免裂縫問題的出現(xiàn)。如圖1所示為再生骨料的制作方法。

（三）結(jié)合施工需要增添外加劑

在實際控制溫度的過程中，可以選擇部分能夠直接調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時間以及硬化能力的減水劑或者緩凝劑，在后期階段，混凝劑會給混凝土的力學(xué)性能帶來較大的負(fù)面影響，但是其優(yōu)勢在于能夠促使混凝土的凝結(jié)開始時間延后，進(jìn)而為混凝土溫度降低、散熱加強提供充足的機會[7]。在混凝土的水泥應(yīng)用量以及工作性能均明顯不變的前提條件下，應(yīng)用高效減水劑可以極大程度地減少用水量，比沒有應(yīng)用以前相比，減少的用水量大約是15%左右，并且整體強度增加20%有余，所以在強度相同的情況下，可以有效地減少對水泥的應(yīng)用，從而實現(xiàn)減少水化熱的重要目標(biāo)。

（四）定制科學(xué)合理的施工方法

在混凝土攪拌的過程中，有必要保證拌和完成的混凝土的溫度滿足相關(guān)要求，盡可能地減少混凝土攪拌完成到入場所需要耗費的時間，在冬天和夏天，混凝土的入模溫度需要盡可能地被保持在10℃和25℃以上，除此以外還需要綜合考量混凝土的坍落度。在開展?jié)仓ぷ鞯倪^程中，應(yīng)該結(jié)合具體情況選取最為符合需要的分層辦法，以便于保證澆筑過程中的混凝土可以被連續(xù)澆筑成功而并不中斷（如圖2所示）。在后續(xù)振搗的過程中，振搗的混凝土的密實度必須要足夠高，并且在完成振搗工作后需要做表面收光處理，如果情況必要的話，還需要進(jìn)行二次振搗。最后，在養(yǎng)護(hù)混凝土的過程中，可供選取的養(yǎng)護(hù)方法是多種多樣的，比較常見的方法包含保溫蓄熱以及預(yù)蓄水等，可以結(jié)合高速鐵路的實際要求進(jìn)行選取。

（五）做好施工后的養(yǎng)護(hù)管理

在高速鐵路混凝土施工活動完成以后，還需要有效地做好后期的養(yǎng)護(hù)管理，這也是保障高速鐵路大體積混凝土裂縫問題出現(xiàn)率減少的關(guān)鍵，通過良好的養(yǎng)護(hù)活動的支撐，有效地降低外界空氣和混凝土內(nèi)部的溫差[8]。針對于大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)處理需要盡可能地遵從蓄熱保持養(yǎng)護(hù)這一方法，可以通過熱導(dǎo)數(shù)系數(shù)比較小的塑料薄膜來予以覆蓋，表面則是需要覆蓋草袋灑水，并進(jìn)行嚴(yán)格的覆蓋處理。混凝土的內(nèi)部和外部的溫度差值需要保持在25℃以內(nèi)，同時安排相應(yīng)的專業(yè)人員，做好對溫度的測定和記錄處理，如果發(fā)現(xiàn)溫差較大，則需要迅速予以上報，要求相關(guān)部門迅速采取補救措施，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對高速鐵路大體積混凝土施工的全流程的監(jiān)督管控，降低裂縫問題的出現(xiàn)概率。

四、結(jié)束語

總而言之，伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和施工水準(zhǔn)的提升，大體積混凝土的應(yīng)用越發(fā)完善具體，其已然被廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代高速鐵路工程中，大體積混凝土通常會被直接應(yīng)用在各種結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵位置，所以對其質(zhì)量管控是極為重要的工作，其將會直接關(guān)系到相關(guān)工作者的生命安全，同時也會關(guān)系到高速鐵路的使用功能，所以在大體積混凝土施工的過程中，積極有效地提升關(guān)注力度，科學(xué)合理地采用施工方法，嚴(yán)格地做好對施工活動的每個環(huán)節(jié)的把控，切實有效地避免裂縫問題的出現(xiàn)，保障施工質(zhì)量和施工效率是極為關(guān)鍵的。

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