桥梁大体积混凝土裂缝控制与防治措施

吴荣 徐天亮

摘要：近些年来，随着我国经济的高速发展，桥梁工程技术突飞猛进，对于桥梁的质量要求也越来越高。桥梁混凝土工程中，由于多种原因的综合引起桥梁结构物出现裂缝，严重的影响了桥梁的使用寿命和使用安全问题。对于这种情况，科研施工人员必须加强对桥梁大体积混凝土裂缝的控制与防治研究。文章针对桥梁大体积混凝土裂缝产生的原因以及防控措施进行了简要的阐述。

关键词：桥梁；混凝土裂缝；控制；防治

中图分类号：TV331文献标识码： A

随着大型桥梁建设工程的出现，桥梁施工技术不断创新，施工方案也变得多种多样。虽然水泥混凝土在桥梁施工过程中的应用是最为常见的，但是大体积混凝土在各种外界因素的影响下，常会出现裂缝的情况，故而应该采取积极的措施对混凝土裂缝问题进行分析研究。

一、混凝土裂缝产生的原因

（一）温湿度的影响

在桥梁结构工程中，会有大量的混凝土工程施工。大体积混凝土在浇筑、养生过程中，由于混凝土体积大、厚度大，其表面与内部散热速度极不一致，水化热作用形成内外温差，受物理学热胀冷缩的影响，大体积混凝土应用在桥梁工程后，温度过低时，混凝土会出现收缩的情况，而后随着温度的升高，混凝土会膨胀，混凝土受内外应力不均衡的影响就会出现裂缝。在桥梁结构工程中，会应用到大量的钢架结构，如果混凝土中湿度过大，距离混凝土最近的钢架结构就会产生锈蚀，从而使钢架的承重能力产生一定的影响，进一步使得一部分的力由混凝土结构代替钢架承担，混凝土的承力过大就会造成裂缝出现。大量裂缝的出现就会使得桥梁的使用寿命受到影响，甚至引发安全问题。

（二）收缩力的影响

大体积混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的，塑性收缩和缩水收缩(干缩)是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自身收缩和碳化收缩。收缩裂缝产生的主要原因是由于混凝土快速干燥，混凝土表面水分的蒸发速率大于其泌水速率，在固体颗粒表面产生毛细管张力，混凝土收缩所产生的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度而产生裂缝。收缩引起的裂缝是不规则的，类似龟纹，经常出现在现浇混凝土后数周或数月。

（三）基础变形的影响

基础沉降变形也是混凝土裂缝的原因之一，现浇混凝土裂缝主要有两方面原因：一方面是由于混凝土在塑性状态下模板基础、支架等有不均匀沉降，使局部混凝土变形受约束而产生裂缝；另一方面是由于过振和重力作用使混凝土中较重颗粒下沉而使水泥浆上浮，混凝土分层明显，上下物质不均匀，再受到钢筋、模板作用时就会产生裂缝。

（四）冻胀引起裂缝

当气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9％，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冰水(结冰温度在-78℃以下)在微观结构中迁移和重分布，使混凝土膨胀力加大，混凝土强度降低，导致裂缝出现。这样的裂缝就会影响桥梁工程的安全系数，在桥梁投入使用的过程中，存在一定的安全隐患。

二、混凝土裂缝的防控措施

（一）优化工程设计

虽然大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，我们还是可以在裂缝易发生部位（如孔洞周围以及转角处）布置一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，这样可以有效的控制裂缝的发生。同时为了避免裂缝的出现，在设计中可选用中低强度的水泥，在保证设计强度的基础上，尽量减少水泥用量，充分利用混凝土的后期强度。在工程结构设计中要特别注意降低结构的约束度，对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝。

（二）充分利用混凝土的强度特点

根据混凝土工程特点，为了满足混凝土强度和耐久性，同时减少水化热和收缩，可以适当减少单位用水量和水泥用量，充分利用混凝土后期强度。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d 向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或者90d是合理的。基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每立方米混凝土减少水泥 40Kg～70Kg 左右，混凝土内部的温度相应降低 4 ℃～7 ℃。

（三）选择合适的水泥品种

在条件许可情况下, 应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量，而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同，对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙.

（四）混凝土中添加外料

在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰后，可以增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，改善混凝土的工作性，降低最终收缩值，减少水泥用量。要降低大体积混凝土的水泥水化热引起的内部温升，防止结构出现温度裂缝，利用粉煤灰作混凝土的掺合料是最有效的方法之一。外加剂可以从以下几个方面来选择，UFA 膨胀剂，它可以等量替换水泥，并且使混凝土产生适度的膨胀。一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。

（五）选择合适的骨料

优选混凝土中各种原材料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积75% 左右，在骨料的类型选择上应选择膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。粗骨料的含泥量应尽量控制在1%以下，细集料一般控制在2%以下，在骨料的选择上应该选取粒径大、强度高、级配好的石料。这样可以获得较小的空隙率及表面积，从而减少水泥的用量，降低水化热，减少干缩，减少混凝土裂缝的产生。

(六)加强现场施工控制

为了防止大体积混凝土工程出现较多的裂缝，就要加强科学管理，精心组织施工控制，从而防治大体积混凝土裂缝的出现。例如在施工过程中，密切关注混凝土的浇筑块的温度，及时调整混凝土的施工配合比，混凝土浇筑过程中，根据实际情况计算安排分块、分层浇筑，加强振捣距离和插入深度控制，严防漏振和过振，注意初凝时间前搭接控制，对于体积特别大的混凝土，可以事先在混凝土内埋设冷却水管，利用循环水降低体内温度，减少内外温差，这都是可以防止裂缝出现的施工技术措施。

大体积混凝土的施工过程包括混凝土的生产、运输、浇筑和温湿度控制，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。而热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp —起始浇筑温度；Tr —水泥水化温升；Tf—天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。

在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的入模温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石搭棚遮盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温，在搅拌过程中向混凝土中添加冰水，以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热，加热石料时应避免过热和过分干燥，另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失。

(七)混凝土养护

养护是混凝土工程施工的一项十分关键的工作， 混凝土浇筑完毕后,应及时按温控技术措施的要求进行保温和保湿养护,保温养护措施应使混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求，持续时间应根据温度应力加以控制和确定；保温的同时应保持混凝土表面的湿润，使混凝土在良好的环境条件下养护不少于14d。保温保湿养护能控制混凝土内部与表面温差，促进混凝土强度的正常发展，防止混凝土裂缝的产生和发展。

结束语

如果桥梁出现了大体积混凝土裂缝，就会影响到整个桥梁工程的使用寿命以及安全性，施工技术人员应在施工过程中严格的按照设计标准和技术方案要求进行施工组织，重视施工过程中温度、湿度、配合比、现场控制等各个方面的环节，防治桥梁大体积混凝土裂缝的出现，保证桥梁结构物的使用寿命，提高结构物使用效果。

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