橋梁工程大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及對策分析

                                    作者：姜濤 馮亞男 王山山 王若濱 

【摘 要】：本文簡(jiǎn)要的從沉縮裂縫、溫度裂縫、結構約束、混凝土的收縮等方面分析了橋梁結構中大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因，同時(shí)從配合比設計原材料選用、溫控措施以及大體積混凝土生產(chǎn)施工等方面提出了防止裂縫的主要技術(shù)措施 ,以保證橋梁工程的使用質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：橋梁工程；大體積混凝土；裂縫控制；
        1、大體積混凝土的定義
        大體積混凝土指的是最小斷面尺寸大于1㎡以上的混凝土結構，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開(kāi)展的混凝土結構。其實(shí)質(zhì)是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過(guò)大，其所產(chǎn)生的溫度應力可能會(huì )使混凝土開(kāi)裂。
        2、大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因
        2.1沉縮裂縫
        混凝土沉縮裂縫在大體積混凝土施工中也是非常多的。主要原因是振搗不密實(shí)，沉實(shí)不足，或者骨料下沉，表層浮漿過(guò)多，且表面覆蓋不及時(shí)，受風(fēng)吹日曬，表面水份散失快，產(chǎn)生干縮，混凝土早期強度又低，不能抵抗這種變形而導致開(kāi)裂。
        2.2溫度裂縫
        2.2.1水泥水化熱引起的裂縫
        混凝土結構在硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，使混凝土表面和內部溫差較大，混凝土內部膨脹高于外部，此時(shí)混凝土表面將受到很大的拉應力，而混凝土的早期抗拉強度很低，因而出現裂縫。這種溫差一般僅在表面處較大，離開(kāi)表面就很快減弱，因此裂縫只在接近表面的范圍內發(fā)生，表面層以下結構仍保持完整。
        2.2.2氣溫變化引起的裂縫
        大體積混凝土結構在施工期間,外界氣溫的變化對大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起著(zhù)很大的影響�；炷�土內部的溫度由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。澆筑溫度與外界氣溫有著(zhù)直接關(guān)系,外界氣溫越高,混凝土的澆筑溫度也就會(huì )越高;如果外界溫度降低,則又會(huì )增加大體積混凝土的內外溫度梯度。如果外界溫度下降過(guò)快,會(huì )造成很大的溫度應力,極易引發(fā)混凝土的開(kāi)裂。
        2.3結構約束引起的裂縫
        結構受到外界的約束時(shí)易引起裂縫。當大體積混凝土澆筑在約束地基上時(shí)，又沒(méi)有采取特殊措施降低，放松或取消約束，導致其對溫度產(chǎn)生變形的限制，易發(fā)生深進(jìn)裂縫，直至貫穿的溫度裂縫。
        2.4混凝土的收縮
        混凝土在空氣中硬結時(shí)體積減小的現象稱(chēng)為混凝土收縮�；炷�土在不受外力情況下的這種自發(fā)變形,受到外部約束時(shí)(支承條件、鋼筋等) ,將在混凝土中產(chǎn)生拉應力,使得混凝土開(kāi)裂。
        3、大體積混凝土裂縫的控制對策
        3.1大體積混凝土配合比設計原材料的選用
        3.1.1水泥
        大體積混凝土原則上采用水化熱低的水泥，以避免早期溫度應力導致的混凝士裂縫。水泥礦物組成中C含量要低，水泥細度不宜太細。因為，C含量越高，水化放熱速率越快，水泥越細，收縮越大。
        3.1.2骨料
        對骨料的含泥量要嚴格控制，要求砂含泥量小于3％，石子含泥量<1％。石子級配要良好，在大體積混凝土中宜使用粗砂或中砂。 
        3.1.3礦物摻和料
        粉煤灰的水化熱遠小于水泥，7天約為水泥的l／3，28天約為水泥的l／2，因此摻加粉煤灰減小水泥用最可有效降低水化熱。摻加的粉煤灰要需水性小，滿(mǎn)足二級或二級以上的質(zhì)量要求。
        3.1.4外加劑
        大體積混凝土， 采用緩凝型減水劑，主要目的在于延緩水泥水化放熱速度，推遲熱峰出現的時(shí)間，降低最高溫峰值并減少總的發(fā)熱量，以減少混凝士因溫差而引起的裂縫。延緩混凝土的凝結時(shí)間，也有利于在澆筑大體積混凝土時(shí)不致形成施工冷接縫。      3.2溫控措施及施工現場(chǎng)控制
        3.2.1溫度預測分析
        根據現場(chǎng)混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養護方案，采用計算機仿真技術(shù)對混凝土施工期溫度場(chǎng)及溫差進(jìn)行計算機模擬動(dòng)態(tài)預測，提供結構沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混凝土在施工期內不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標準及進(jìn)行保溫養護優(yōu)化選擇。
        3.2.2混凝土澆筑方案
        采用延緩溫差梯度與降溫梯度的措施，在澆筑前經(jīng)詳細計算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長(cháng)度及前后澆筑的搭接時(shí)間；控制混凝土入模溫度并加強振搗。嚴格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，保證振搗密實(shí)，嚴防漏振及過(guò)振。確�；炷�土均勻密實(shí)；做好現場(chǎng)協(xié)調、組織管理，要有充足的人力、物力，保證施工按計劃順利進(jìn)行，保證混凝土供應，確保不留冷縫；澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理(一般澆筑后3～4h內初步用水長(cháng)刮尺刮平，初凝前用鐵滾筒碾壓兩遍，再用木抹予搓平壓實(shí))以控制表面龜裂；混凝土澆灌完及拆模后，立即采取有效的保溫措施并按規定覆蓋養護。
        3.2.3混凝土溫度監測
        在混凝土內部及外部設置溫度測點(diǎn)，并且設置保溫材料溫度測點(diǎn)及養護水溫度測點(diǎn)，現場(chǎng)溫度監測數據由數據采集儀自動(dòng)采集并進(jìn)行整理分析，每一測點(diǎn)的溫度值及各測位中心測點(diǎn)與表層測點(diǎn)的溫差值，作為研究調整控溫措施的依據，防止混凝土出現溫度裂縫。
        3.2.4溫度應力檢測
        為反映溫控效果可在少數混凝土層中埋設應變計進(jìn)行溫度應力檢測，應變計沿水平方向布置，檢測水平向應力分量。
        3.2.5通水冷卻
        采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中布設冷卻水管，冷卻水管使用前進(jìn)行試水，防止管道漏水、阻塞，根據混凝土內部溫度監測，控制冷卻水管進(jìn)水流量及溫度。
        4、防裂措施展望
        4.1采用不同型號的混凝土
        大體積混凝土上層采用早強水泥下層采用普通水泥，這樣，在內部混凝土水化熱未釋放之前達到混凝土抗拉強度，從而防止混凝土開(kāi)裂。
        4.2吸收溫度的儀器
        研究一種能吸收水化熱的儀器，當水化熱反應產(chǎn)生的熱量時(shí)，它便開(kāi)始有反應，就像人需要氧氣一樣。如冰箱的制冷裝置、冰棒。同時(shí)，還不影響結構的受力。
        5.結 語(yǔ)
        大體積混凝土的裂縫是混凝士結構工程中比較常見(jiàn)的現象。大體積混凝土的裂縫控制是一項比較復雜的施工技術(shù)，要有效控制混凝土的裂縫，必須從原材料選擇、配合比設計、施工過(guò)程以及養護等各環(huán)節進(jìn)行嚴格控制。

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