墩（台）身混凝土裂纹预防措施

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（中铁大桥局集团有限公司 第一工程有限公司，河南 郑州 450053）

1 采用措施

1.1 混凝土配合比优化措施

水泥在水化过程中将释放大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。而大体积混凝土结构体积庞大，所用水泥总量较大，在断面尺寸较大的情况下散热较慢、内部热量不断积聚导致温升过高。

工程实践中，通过优化混凝土的配合比设计，掺加适量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化热温升，使大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。

由于考虑混凝土抗冻要求，混凝土拌合物的含气量控制在5%以上；为了满足混凝土的耐久性需要，提高混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土配合比采用“双掺”，即掺加矿粉和粉煤灰，在不改变混凝土性能的情况下，可以有效的减少水泥用量，降低混凝土水化热对于大体积结构物的影响。同时，掺矿粉混凝土拌和物还有一线优点：①凝结时间延长，坍落度损失小，对夏季施工有利；②拌和物粘聚性增加，和易性较好，不易分层离析，可泵性好；③混凝土泌水减少，对减少沉降开裂有利。

1.2 混凝土原材料的选取

粗集料优先选用5～40mm石子，含泥量小于1%，针、片状含量小于15%（重量比）。粗骨料的良好级配，是保证混凝土的和易性，优化配合比各项性能指标的必要条件，因此，墩台大体积混凝土使用级配良好的粗集料。

为了减少大体积混凝土收缩变形，细集料的含泥量应小于2%，泥块含量（颗粒大于1.25mm，经水洗碾后，可破碎成小于0.63mm的颗粒）按重量计小于0.5%，其石粉含量应控制在1%以内。墩台大体积混凝土用细集料宜使用级配良好的Ⅱ区中砂，细度模数2.3～3.0，以保证混凝土的良好和易性、优化混凝土配合比的各项性能指标。

1.3 混凝土施工工艺措施

1.3.1 拌制

夏季高温施工要对拌合水加冰进行充分冷却，确保混凝土的入模温度小于30℃，这将有效避免浇注后的混凝土内部温升，从而有效控制因温差而引起的混凝土表面裂缝。

冬季施工时要对拌合水和砂、石进行加温处理，由此提高混凝土的出机温度，确保出机温度不低于10℃，入模温度不低于5℃，防止混凝土在浇注过程中冻结，这将有效防止混凝土冻胀病害。

1.3.2 运输及浇筑

（1）夏期混凝土运输及浇筑

混凝土浇注时应尽量选择在一天温度较低的时间内进行，混凝土入模温度控制在30℃以内；

浇注现场应采取遮荫措施，以降低模板、钢筋的温度和改善工作条件；也可在模板外侧、钢筋上喷水降温，在钢筋上喷水降温时避免冲刷模板内表面，同时模内积水应及时清除，在浇注时钢筋上不能有附着水。

（2）冬季混凝土的运输及浇筑

混凝土浇注时应尽量选择在一天温度较高的时间内进行，混凝土入模温度控制在5℃以上；

浇注现场需严格控制混凝土的坍落度，坍落度以16～18cm为宜，在浇注现场应根据规范规定频次每50m3进行仪器检测一次，严格控制坍落度将有效控制混凝土的裂纹。

1.3.3 混凝土养护

（1）混凝土浇注完成后，其裸露表面应立即覆盖浸湿不滴水的清洁毛毡或粗麻布。逐块揭开毛毡收面，然后逐块覆盖。然后裸露表面全部采用浸湿不滴水的清洁毛毡或粗麻布覆盖，在混凝土表面完全硬化后加大洒水量，并经常洒水，保持湿润状态最少7天，严禁形成干湿循环。在模板外侧表面也应经常洒水，保持湿润。

（2）冬期混凝土的养护

在混凝土浇注过程中即升火炉烧水保温保湿，墩身及时通冷却水降低芯部温度，按规定时间间隔记录混凝土芯部温度、表层温度、棚内气温，确保温差小于20℃。混凝土芯部温度不超过60℃，最大不超过65℃，淋注于混凝土表面的养护水温度低于混凝土表面温度时，二者温差不得大于15℃。

1.3.4 表面处理

（1）混凝土收缩裂缝

产生的收缩裂缝，可向裂缝内塞填入干水泥粉，再抹压水泥净浆，再用干水泥粉（白色干水泥和黑水泥按一定比例掺合，其掺合比例由试验调配）擦抹粉饰。

（2）混凝土温度裂缝

对于表面裂缝，应视裂缝宽度和形态决定采取何种处理方式，对裂缝宽度不大于0.1mm的裂缝，由于后期水泥生成氢氧化钙、硫酸铝钙等类物资，炭化作用能使裂缝自行愈合，可不处理或只进行表面封闭处理即可。

对于缝宽大于0.1mm的较深或贯穿性裂缝，应根据裂缝可灌程度，采用灌水泥浆或化学浆液（环氧、甲凝或丙凝浆液）方法进行裂缝填实，并同时采用涂环氧胶泥及抹水泥净浆等方法进行表面封闭处理。

（3）泛沙

局部和大面积产生的泛沙，可以先将表面浮沙擦掉，再用清水将表面润湿，然后采用净水泥浆（白色干水泥和黑水泥按一定比例掺合，其掺合比例由试验调配）抹平，并做好保湿养护护，防止其产生收缩裂缝。

（4）局部砼缺石性裂缝或脱皮

如果裂缝较严重，需将病害部位的无骨料混凝土全部凿除，然后采用水泥砂浆抹平，进行保湿养护。

如果裂缝不很严重，则将脱皮敲、凿除，采用水泥净浆（白色干水泥和黑水泥按一定比例掺合，其掺合比例由试验调配）抹平处理，做好保湿养护。

1.4 温度控制

1.4.1 水管冷却

大体积混凝土施工时，采取布设冷却管的方案进行人工降温，确保墩身内部与构件表面温差小于20°C。在冬季施工时，一定要注意冷却水和混凝土本身的温差不能太大，可以采用使用循环水的方法，将进水口温度调高。

水管冷却过程通常分为两期：一期冷却和二期冷却。一期冷却是在混凝土刚浇筑完甚至在浇筑时就开始进行，以消减水化热升；二期冷却是在后浇带浇筑前进行的，主要目的是为了把混凝土温度降低至稳定温度。

1.4.2 保温措施

冬季施工时，为减小墩身帽砼内外温度梯度，避免砼开裂，现场施工时采取暖棚法进行桥梁结构物的保温。

墩身混凝土在浇筑前，先将墩身四周搭设钢管支架并用帆布全部覆盖，混凝土浇筑完毕及时收浆抹面，同时在墩身四周设置大孔眼煤炉并烧开水，利用暖棚法进行保温、保湿。

暖棚内通过大孔眼煤炉加热保湿后，最低温度不能低于5℃，煤炉产生的煤烟建议用烟囱排出棚外，根据掌握的墩身芯部、表层、棚内温度之间的温差关系对棚内温度进行调整，使其满足温差要求，避免温度裂缝。

1.5 对结构施工过程中其他因素产生裂纹的控制

1.5.1 外部环境

大体积混凝土所产生的裂缝，绝大多数是表面裂缝，但是其中有一部分会发展成为深层或贯穿裂缝，影响结构的整体性和耐久性。

引起表面裂缝的主要原因是混凝土的收缩和温度应力，而引起表面拉应力的温度因素有：气温变化、水化热和初始温差。气温变化影响的类型主要分为三种：寒潮、年变化及日变化。寒潮形成的“冷击”通常是导致表面裂缝的重要原因，而季节温差（冬季降温）也是引起表面裂缝甚至深层裂缝的重要原因，虽然气温日变化的周期较短、影响较小，但是在某些特殊的天气条件下，也会导致大体积混凝土表面开裂。

1.5.2 完善构造设计，改善约束条件

（1）改善外约束条件

大体积混凝土出现贯穿裂缝的主要原因是结构在降温至稳定温度场的过程中，其收缩变形受到基础约束而产生的拉应力。因此，在设计过程中，在满足结构使用要求的前提下，因充分考虑基础的约束情况，特别是岩石等强度较高的地基的约束。

（2）避免应力集中

由于温度变化及混凝土的收缩变形，在断面突变位置、转角部位等应力集中区域是易于开裂的地方。因此，现场施工时可在墩身断面突变处作过渡处理，并在转角部位和过渡区设置构造抗裂钢筋。

2 实际裂纹情况及改进措施

2.1 原因分析

大体积混凝土施工温度控制的本质是：控制大体积混凝土结构的温度拉应力不超过混凝土相应龄期的抗拉强度。

大体积混凝土工程施工过程中，在内部因素（温度收缩、水化收缩、高性能混凝土弹性模量增长、抗拉强度增长），外部环境条件（气温变化、风速、湿度）、基础约束条件及施工工艺的共同影响下，可能产生三种裂缝：表面裂缝、干缩裂缝、约束裂纹。

2.2 处理及预防改进措施

2.2.1 合理分层浇筑

当大体积混凝土结构尺寸过大，整体一次性浇筑会产生较大温度应力，并导致裂缝时，因此，采用合理的分层浇筑方案，可直接降低收缩应力，避免墩身混凝土开裂。

2.2.2 优化施工配合比，合理选择原材料

（1）工程实践中，通过优化混凝土的配合比设计，掺加适量的粉煤灰以改善混凝土的特性，降低水泥用量，降低水化热温升，使大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。

（2）对于大体积混凝土来说，一般应该优先采用水化热低的矿渣、火山灰水泥和粉煤灰水泥。同时，体积安定性不良的水泥会使混凝土结构产生裂缝，应该做为废品处理，决定不能用于大体积混凝土工程施工。

（3）粗集料的良好级配，是保证混凝土的和易性，优化配合比各项性能指标的必要条件，因此，墩台大体积混凝土应使用级配良好的粗集料。

（4）墩台大体积混凝土用细集料宜使用级配良好的Ⅱ区中砂，细度模数2.3～3.0，以保证混凝土的良好和易性、优化混凝土配合比的各项性能指标。

2.2.3 优化施工工艺，加强施工管理

（1）控制混凝土浇筑温度

混凝土的内部温度是水化热的绝热温升、浇筑温度和结构的散热温度等各种温度的叠加；浇筑温度越高，混凝土的内部温度值也越高。因此，施工过程中应该严格控制混凝土的浇筑温度。特别是在墩台身冬季施工时要保证混凝土的出机温度不小于10°C，入模温度不低于5°C。

（2）优化施工工艺

大体积混凝土宜采取分层浇筑，以有效增加散热，降低水化热温升。另外，混凝土的收缩值和极限拉伸值，除与水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、骨料含泥量等因素有关外，还与施工工艺和养护密切相关。因此，优化施工工艺：如改善混凝土的搅拌工艺可提高拌和物的均匀性、进行二次振捣可增加混凝土的密实度、完善养护工艺及制定科学、合理的养护工艺等，可以在一定程度上减少混凝土的收缩和提高混凝土的极限拉伸值，这对防止裂缝的产生也可以起到一定的作用。