公路橋梁大體積混凝土常見裂縫與施工控制工藝分析

羅超

廣西金盛交通勘察設計有限公司 廣西 南寧 530000

引言

公路橋梁施工中大體積混凝土結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)裂縫問題，而按照公路橋梁施工要求強化無縫技術(shù)在其中的應用力度，則可以控制大體積混凝土出現(xiàn)裂縫隱患，保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量和穩(wěn)定性，確保公路橋梁施工質(zhì)量可以得到有效保障。同時闡述大體積混凝土無縫技術(shù)在公路橋梁施工中的應用，并利用合理技術(shù)對大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題進行有效控制，為推進公路橋梁工程中大體積混凝土施工安全穩(wěn)定開展，提供合理技術(shù)支持[1]。

1 公路橋梁大體積混凝土常見裂縫分析

1.1 沉降原因

在公路橋梁工程施工過程中，存在地基不均勻沉降問題出現(xiàn)，便會促使混凝土構(gòu)件出現(xiàn)拉應力以及剪應力等現(xiàn)象，若是這種應力超出結(jié)構(gòu)自身可承受范圍，便會導致沉降裂縫出現(xiàn)，進而導致混凝土構(gòu)件變形和彎曲。之所以出現(xiàn)此問題，第一，是因為公路橋梁結(jié)構(gòu)物地基邊坡受到外力影響，地面高度差較大，這種因素極易導致深層裂縫以及貫穿性裂縫問題出現(xiàn)，進而對公路橋梁造成極大的危害；第二，是因為地基土下面有軟土層或暗溝等，以及地基中存在分布不均、土質(zhì)程度各不相同等問題。

1.2 材料原因

混凝土裂縫出現(xiàn)的主要原因是水泥和粗細骨料質(zhì)量不達標，在混凝土構(gòu)件施工中，部分活性骨料可能和堿骨料發(fā)生化學反應，從而影響混凝土構(gòu)件質(zhì)量，比如混凝土膨脹或疏松等，從而為之后埋下諸多隱患，進而降低混凝土構(gòu)件承載能力，與此同時，水泥壓力、自重以及揚壓力也是造成混凝土裂縫出現(xiàn)的重要因素。

1.3 混凝土內(nèi)外溫差過大

大體積混凝土具有表面系數(shù)小、結(jié)構(gòu)斷面厚等特點，所以在澆筑的時候形成的熱量難以散發(fā)，如果沒有運用有效的降溫措施或環(huán)境溫度太低，將會加大混凝土內(nèi)外溫差，從而致使裂縫出現(xiàn)。主要原因有下述幾個方面：首先，混凝土構(gòu)件澆筑后并未采取有效措施做好降溫和養(yǎng)護工作；其次，混凝土構(gòu)件分層和分段太厚重；最后，混凝土內(nèi)外溫差過大，引起水泥水熱化過大。

1.4 塑性收縮裂縫

處于塑性狀態(tài)的混凝土，也就是還沒有硬化、凝結(jié)前的混凝土，受水分蒸發(fā)等因素的影響，塑性收縮裂縫的出現(xiàn)率較高，此裂縫深度較小，在混凝土構(gòu)件表面較為常見。在干熱或大風天時極易發(fā)生，裂縫長度和寬度可能分別在20cm左右、1～5mm左右，具有形狀互不連貫，兩端長度不同等特點，所以混凝土構(gòu)件極易出現(xiàn)早期自收縮和塑性沉降收縮，進而出現(xiàn)裂縫問題[2]。

2 公路橋梁大體積混凝土防裂措施

2.1 加強混凝土原料管理

通過上述分析可知，水泥水化熱及大體積混凝土三相體積的關(guān)系，均會引發(fā)裂縫。施工時應加強混凝土原料管理，采用低水化熱的水泥，優(yōu)化大體積混凝土施工配合比，并降低原料入模溫度，進而降低澆筑溫度，避免溫差帶來的影響?；炷恋娜囿w積并非一成不變，在澆筑凝結(jié)硬化過程中，三相所占的體積將不斷地發(fā)生變化，且隨環(huán)境條件的變化而變化，故調(diào)節(jié)混凝土三相體積關(guān)系，可避免一定裂縫的出現(xiàn)。以某橋梁工程為例，在混凝土原料管理中，實施措施如下：第一，選用低水化熱水泥。在混凝土施工中，可用水泥類型較多，考慮到水化熱對溫度裂縫的影響，可選擇低水化熱水泥。第二，優(yōu)化施工配合比。綜合考慮裂縫成因、結(jié)構(gòu)強度等要素，對混凝土施工配合比進行多次試驗，將水灰比控制在0.4～0.43；將砂率控制在38%～42%；將拌合用水量控制在175kg/m3內(nèi)；加入Ⅰ級粉煤灰、S95磨細礦粉及外加劑；將混凝土的含堿量控制在3kg/m3內(nèi)。第三，降低原料入模溫度。在施工現(xiàn)場中，將骨料倉儲位置設置在一定高度處，并于料倉和混凝土運輸車輛表面，設置防曬棚，降低原料溫度；嚴格控制混凝土拌和時水泥的入機溫度，要求其＜60℃；在夏季炎熱天氣時，在混凝土拌合時，拌入冰屑或灑水，使混凝土入模溫度＜30℃。

2.2 做好現(xiàn)場溫度控制

考慮到內(nèi)外溫差對大體積混凝土裂縫的影響，應做好施工現(xiàn)場溫度控制工作，將大體積混凝土內(nèi)外部溫差控制在一定范圍內(nèi)，避免溫度裂縫的出現(xiàn)。以某橋梁工程為例，在施工前根據(jù)橋梁工程參數(shù)要求，明確大體積混凝土內(nèi)外部溫差應控制在20℃內(nèi)，采取如下措施進行現(xiàn)場溫度控制：第一，內(nèi)部降溫。在大體積混凝土澆筑施工前，預埋冷卻水管，選用Φ48的鐵管，共鋪設12層，每層冷卻水管的距離為1.2m。在混凝土澆筑，即水泥產(chǎn)生水化熱提高大體積混凝土內(nèi)部溫度后，向冷卻水管內(nèi)通入冷水，以此降低大體積混凝土內(nèi)部溫度。為確保內(nèi)外部溫差＜20℃，于冷卻水管的出水口設置傳感器，檢測出水的水溫和壓力，要求出水水溫＜40℃。第二，保溫保濕養(yǎng)護。為避免大體積混凝土出現(xiàn)溫度裂縫，在大體積混凝土表層出現(xiàn)降溫后，立即實施保溫保濕養(yǎng)護。如該橋梁工程中大體積混凝土為墩身結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)頂面覆蓋4層保溫保濕措施，按照從頂面向外的順序，分別為塑料膜、麻袋、塑料膜、麻袋。貼近頂面的塑料膜用于保濕，中間層的塑料膜用于隔離低溫雨水，避免降雨影響大體積混凝土硬化。同時，使用塑料薄膜覆蓋在模板外側(cè)，避免混凝土表層熱量擴散在空氣中，提高混凝土表面溫度，降低內(nèi)外溫差；在混凝土強度差超過0.5MPa后，在墩身頂面結(jié)構(gòu)外側(cè)砌筑一圈磚塊，預留小孔，控制排放的冷卻水流到大體積混凝土側(cè)面，提高表面溫度。上述養(yǎng)護操作持續(xù)14d，有效避免大體積混凝土出現(xiàn)早中期溫度裂縫。

另外，為確保上述溫度控制措施的有效實施，以混凝土澆筑體的平面圖為基準，選擇對稱軸線的半條軸線進行測點布置。結(jié)合混凝土溫度分布狀況和混凝土幾何尺寸，準確測量大體積混凝土內(nèi)外部溫度差，以提高溫度控制有效性。

2.3 大體積混凝土振搗施工防裂措施

對于公路橋梁大體積結(jié)構(gòu)中有高密集的鋼筋布置特點，混凝土振搗難度比較大，現(xiàn)場需要從實際出發(fā)采用滿足施工環(huán)境的振搗器，平衡分布在澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)周圍。針對底部布置有密集的鋼筋難以振搗到位情況，通過“分區(qū)定點，一個坡度、分層澆筑、循序推進、逐步到頂”的方法，在同一個坡度分步到頂?shù)倪B續(xù)澆筑。盡可減少因混凝土振搗不足而產(chǎn)生的裂縫，提高內(nèi)部拌和料與鋼筋的結(jié)合握裹力，須在混凝土結(jié)構(gòu)振搗界限前對混凝土實施二次振搗，使混凝土結(jié)構(gòu)排出鋼筋下方的多余水分、空隙，提升其內(nèi)部抗壓和防裂能力[3]。

2.4 運用合理的施工方法

針對大體積混凝土來說，合理的施工方法可以有效防止裂縫產(chǎn)生。所以必須采用規(guī)范的施工技術(shù)開展大體積混凝土施工工作，制定切實可行的大體積混凝土澆筑方案，以有效預防裂縫的產(chǎn)生。在大體積混凝土施工過程中，可以采用分層的作業(yè)方式，而此方式又分成斜面、分段和全斷面分層三類。全斷面分層應按照豎向展開施工，將大體積混凝土分為不同層次，完成第一層澆筑后，應在混凝土還沒有初凝前馬上進入下一層澆筑，然后再一層一層進行澆筑，這種施工方式可以讓大體積混凝土更好地散熱，防止溫度不斷升高。但應注意，只有在小面積公路橋梁結(jié)構(gòu)中適合應用全斷面分層的混凝土澆筑方式。而部分大面積公路橋梁結(jié)構(gòu)而言，可以借助分段分層的方式開展混凝土澆筑工作，這種方法應朝著水平方向進行，斜面分層的方法則適用于長條狀結(jié)構(gòu)施工。

2.5 做好混凝土澆筑工作

由于大體積混凝土澆筑量較大，所以需要做好施工前期準備工作，保證施工機械及車輛充足，同時需要在施工現(xiàn)場設置調(diào)度小組，對車輛進行合理調(diào)度，并規(guī)劃好混凝土運輸路線，盡可能減少混凝土運輸時間，保證材料銜接性強、為混凝土澆筑順利實施奠定基礎。另外，在同一流水施工段施工過程中，應采用同一家混凝土攪拌站提供混凝土材料。在混凝土澆筑過程中，需要控制好混凝土坍落度，通常應在140～160mm范圍內(nèi)，如果存在偏差，需要相關(guān)人員及時采取措施調(diào)整，確保混凝土拌合物有良好的和易性，不發(fā)生離析和泌水，以利于澆筑。同時，澆筑時還應控制好混凝土入模的速度和時間，避免混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生冷縫。振搗時應做好泌水處理工作，全面提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量。針對大體積混凝土澆筑作業(yè)，可以選擇多種類型澆筑方法，包括分層連續(xù)澆筑、推移連續(xù)澆筑等，無論選擇哪種澆筑方法，不能在非結(jié)構(gòu)需要地方留施工縫[4]。

2.6 大體積混凝土養(yǎng)護措施

大體積混凝土養(yǎng)護的關(guān)鍵點是使溫度和濕度的適宜性得到保證，使混凝土內(nèi)外部溫差得到有效控制，為混凝土強度的正常發(fā)展提供保障，以免出現(xiàn)混凝土裂縫。在養(yǎng)護大體積混凝土的過程中，不僅要提高混凝土的強度，同時需要對混凝土的溫度進行控制，防止溫度變化致使混凝土裂縫產(chǎn)生。大體積混凝土養(yǎng)護溫度控制措施主要有：首先，混凝土內(nèi)外溫度之間、混凝土表面溫度和室外最低氣溫之間的相差不能超過20℃，抗裂能力充足的混凝土結(jié)構(gòu)，溫差應保持在25℃～30℃之間。其次，在拆除大體積混凝土模板的過程中，混凝土的內(nèi)外溫度之間、表面溫度和外界氣溫之間的溫差不能超過20℃。再次，大體積混凝土可以借助內(nèi)部降溫法減少混凝土內(nèi)外溫差。內(nèi)部降溫法主要是利用預埋在混凝土內(nèi)部的冷卻水管，把冷卻水注入，促使大體積混凝土內(nèi)部的溫度降低，大體積混凝土澆筑完成后要第一時間冷卻。最后，將鋸末、濕砂、草袋等保溫材料覆蓋在大體積混凝土結(jié)構(gòu)表面以及模板外側(cè)，促使混凝土散熱速度放慢。將混凝土養(yǎng)護時間延長，混凝土拆模后第一時間覆蓋保護，以免受到環(huán)境氣溫降低的影響，防止早中期裂縫出現(xiàn)。

2.7 積極采用不同性能的裂縫修補材料

修補和填充裂紋的原材料可根據(jù)其功能分為增強材料和密封材料。如果水泥涂層的強度不足，會導致開裂，則應使用鋼筋。如果由于干燥收縮，熱收縮和其他因素在水泥涂層上出現(xiàn)外部裂縫，但涂層的結(jié)構(gòu)強度仍能滿足應用要求，則必須使用密閉材料。①壓力注入法可以修復一些裂縫寬度小于0.5m的未擴展表面裂縫。②噴涂方法適用于修復道路裂縫，清潔裂縫和大約2.5mm的道路裂縫。③對于接縫寬度小于3mm且裂紋不剝落的小裂紋，可以使用伸縮縫法。用擴徑器沿著裂紋形成1.0～2.0cm寬的槽。深度由裂紋的高度決定。最大值不超過面板厚度的2/3。首先使用密封劑清除殘留物，清除污垢，然后在其內(nèi)填充粒度為0.3～0.6cm（濕度＜1%）的干凈石料。

2.8 其它控制裂縫措施

由于公路橋梁工程大體積混凝土施工技術(shù)難度大，除了正?？刂屏芽p技術(shù)措施外，還可以在提高抗力和減少收縮方面采取實施。在加強抗力方面可以采用鋼絲鋼纖維、剪切鋼纖維、銑削鋼纖維混凝土等新型材料來實現(xiàn)阻裂作用。在控制收縮方面，在混凝土表面設置防裂鋼筋焊接網(wǎng)片、控制水分蒸發(fā)等手段控制裂縫的產(chǎn)生[5]。

3 結(jié)束語

綜上所述，就公路橋梁而言，在開展大體積混凝土作業(yè)時，嚴格控制施工工藝、施工現(xiàn)場配合比、原材料和施工方法，進而可以有效地改善大體積混凝土的裂縫問題，這些裂縫的出現(xiàn)不但會對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及承載能力造成影響，還會影響公路橋梁的使用年限，從而對公路橋梁工程的使用性能造成影響。所以，對大體積混凝土施工而言，還需合理控制其施工工藝，避免裂縫問題的出現(xiàn)，確保其整體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，提高公路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，以保證混凝土結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量。