桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制

袁松

【摘要】在桥梁工程施工中经常会遇到大体积混凝土浇筑的质量控制问题，本文重点分析了大体积混凝土浇筑的质量控制要点，提出了降低混凝土浇筑温度、优化配比、优化构造设计、加强后期养护等防止混凝土产生裂缝的施工控制措施。

【关键词】桥梁工程；混凝土裂缝；产生的原因；控制的措施

前言：

随着我国基础设施建设不断加快，桥梁工程的施工变的越来越普遍，桥梁工程施工中重要的质量控制环节大体积混凝土的施工裂缝更是显得尤为重要。特别是一些大型桥梁中基础和承台中采用了大尺寸的设计，其施工条件复杂、混凝土浇筑量大、技术要求高，同时水泥较大的水化热易产生收缩和温度变形等桥梁施工中的质量控制难题，进而给工程的安全性、耐久性带来不同程度的影响。本文从多个方面分析了混凝土裂缝问题的成因，提出了相关的解决措施。

一、大体积混凝土裂缝产生的原因：

1、荷载引起的裂缝：荷载裂缝主要有直接和次應力裂缝2种，产生的原因主要有：

1）在结构计算过程中，所使用的模型不合理，结构的实际受力的情况与计算不符合，荷载经常少算或者漏算；也有可能钢筋配筋与内力计算错误，或者结构设计时考虑的安全系数不够，没有充分考虑现场实际施工的可操作性；另外在配筋设计时，钢筋用量偏少或者钢筋设计错误，刚度强度不够也会经常发生。

2）施工期间引起的堆载荷载引起的裂缝，施工过程中不注意施工工器具堆放的位置及重量，造成局部受压过大；预制构件在未到达设计强度时，随意的起吊、翻转、转移运输；在混凝土浇筑过程中随意更改浇筑顺序、改变结构受力方式；在施工过程不能准确进行强度、稳定性、刚度的验算等。

3）在结构投入使用后，超设计的重载车辆通过、车辆之间发生的撞击、自然因素发生的雨雪、大风、冰雹等极端天气。

2、温度变化引起的裂缝：

混凝土本身具有热胀冷缩的特性，特别是在施工阶段受外部温度影响比较大。当外部气温下降时，特别是降幅比较大时，会极大的增加内外混凝土的温度梯度，从而产生相应的温度应力，使混凝土产生裂缝。另外混凝土内外温度发生较大的变化时，混凝土特别容易发生变形，同时变形在受到外部约束力时，会产生结构应力，结构应力超过混凝土本身的强度时就会产生混凝土裂缝。

3、受冰冻引起的变形裂缝：

当外部气温低于零度时，吸水饱和状态下的混凝土就会受冻，自然状态下的水就会结成冰，从而造成混凝土本身体积的极度膨胀，在混凝土内部产生膨胀应力，同时冰水在微观结构中的重新分布，使得膨胀应力进一步加大，从而导致混凝土裂缝的产生。

4、混凝土收缩变形引起的裂缝：

已浇筑的混凝土中的自身的水分绝大部分要在自然状态下蒸发掉，混凝土硬化过程中仅需要很少的水分。开始蒸发的水一般不会引起收缩，但是在随着混凝土的持续干燥，水分在蒸发过程中其中的吸附水将逐步流失，从而就会有收缩裂缝的产生。另外混凝土表面的干缩在受到中心部位混凝土的约束时，就会在混凝土的表面产生拉应力，进而导致裂缝产生。一般在混凝土硬化过程的初期主要自由水凝固过程中水的体积发生较大的变化，导致了刚开始的的收缩裂缝的产生，后期因为混凝土的水分在持续蒸发干燥，并导致了整个混凝土体积的干缩变形，从而导致了后期的收缩裂缝。

5、钢筋锈蚀碳化导致的裂缝：

由于混凝土本身的厚度不够或者浇筑质量较差，混凝土容易碳化进而影响到钢筋的表面碳化，钢筋强度的降低造成裂缝的产生；或者由于外部氯化物的介入，造成钢筋表面痒化膜的破坏，使得钢筋的铁离子与空气的水和氧发生化学锈蚀，从而产生锈蚀物，造成混凝土体积的膨胀，从而导致混凝土的剥落、开裂，产生裂缝。

6、支架、支撑变形下沉会引起的裂缝：

.浇筑混凝土的各类支撑、支架的变形下沉会导致混凝土结构裂缝的产生，同时不按规定要求提前拆除模板或者支架，就会容易造成混凝土在未达到设计强度的情况下，导致混凝土受力的不均匀，从而引起混凝土裂缝的发生。

二、大体积混凝土质量控制的主要措施

1.进一步优化混凝土配合比

1）混凝土原材料的选用：大体积混凝土中因其本身较多水泥产生了大量的水化热，较高水化热特别容易使混凝土内部和表面形成较大的温度差，会产生温差应力，因此大体积混凝土在选择水泥时应优先选用低水化热的水泥类型，比如：低热矿渣硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥等，要浇筑过程中要充分利用混凝土的中后期强度，尽可能降低水泥用量。细集料尽可能采用中砂，可减少水泥用量。粗集料应选用5-20mm连续级配的碎石，从而减少混凝土的收缩。严格控制集料的级配及其含泥量。集料中的含泥量过大的话，会进一步增加混凝土本身的收缩变形，同时也会带起混凝土本身抗拉强度的降低，不利于混凝土抗裂。在使用掺和料时，宜使用粉煤灰，不仅能够减少水泥用量，降低水化热，更能够大幅度提高混凝土后期的强度。

2）选用合适的外加剂。选用合适的减水、缓凝等外加剂，可以进一步改善混凝土的性能。在混凝土中加入适量的缓凝剂后，可以延长混凝土的凝结时间，减少裂缝的产生。另外在混凝土中使用膨胀剂能够在其内部产生一定强度的膨胀应力与混凝土的收缩应力可以抵消一部分，在收缩应力减少的同时，裂缝就会相应的减少。

2.施工期间浇筑与振捣措施

1）应采用延缓温差及降温梯度的有效措施，在浇筑之前充分考虑认真计算混凝土分层、分块的浇筑顺序。分层分块浇筑混凝土的好处在于可以充分利用混凝土浇筑面，逐步进行散热，在降低水化热的情况下，减少裂缝的产生。严格控制入模温度振捣时间，确保振捣严实。常采用以下浇筑方法①分段浇筑法：在大体积混凝土浇筑过程中，最好能够先从底面开始浇筑，浇至一段后再浇筑第二层混凝土，然后再继续浇筑其他各层各面的混凝土。分段浇筑法经常使用在一定时间内使用的混凝土较少的，混凝土本身长度或面积比较大且厚度不大的工程。②全面分层浇筑法：在第一层浇筑完成后，再浇筑第二层混凝土，循环逐层连续浇筑，分层浇筑的厚度一般宜控制在1.5-2.0m左右。③斜面分层浇筑法：对混凝土斜面通常要求坡度不能高于三分之一，这种方法适用于结构长厚比超过3倍的情形。

2）加强混凝土温度的监测：在混凝土内外部设置温度监测点，进行现场监测，监测数据有仪器自动采集并进行实时分析，各监测点的温差数值，作为调整控温措施的重要依据，从而防止混凝土出现温度裂缝。

3）加强应力监测：在混凝土中埋设应变计，进行动态监测，重点监测应力水平方向的布置，并根据监测情况，做好相关控制应变的措施。

4）加强混凝土养护管理：大体积混凝土养护的关键在于適当的温度和湿度，同时能够严格控制好大体积混凝土内外温差在合理范围内，通常所采用的措施有①混凝土进行拆模作业时，混凝土的内外温差在20℃以内；②在混凝土内部预埋冷凝管，根据混凝土内外温度的检测，通过冷凝管进行有效温度控制，控制过程要严格控制进水流量及温度。③采用有效的保温措施。在混凝土表面和模板外侧覆盖有效的保温材料（如锯木、草袋等），在混凝土逐步的散热的过程中，严格控制内外温差。④有效的湿养时间。掺加硅酸盐、普通硅酸盐水泥的大体积混凝土养护时间不应少于14天，掺加矿渣硅酸盐大坝水泥、低热微膨胀水泥、矿渣硅酸盐水泥的大体积混凝土养护时间不应少于21天，同时在高温期湿润养护时间均不得少于28天。

3、从构造设计对混凝土采取防裂措施

1）大体积混凝土体积较大，施工周期通常比较长，要依据现场的实际情况科学合理的确定混凝土的验收龄期，不拘于正常的28天评定龄期，可以调整为60天或者更长时间，评定时要充分考虑混凝土的后期强度，进而减少设计的标号，达到减少水泥用量降低水化热

2）合理的结构设计形式。大体积混凝土在设计阶段采取合理的结构设计形式可以大大减少水泥用量，从而有效减低水化热的产生。在设计初期可以采用改善边界约束的构造设计方法，在遇到较强约束的混凝土垫层等，可以在混凝土接触面上设置一层滑动层来减少温度应力。在外侧约束面全部设置滑动层，可减轻外约束力，减少裂缝。

3）可以充分利用混凝土基坑有外部侧限的条件，添加微膨胀剂，在基坑受到约束的情况下，形成预应力，从而补偿混凝土温变及缩变产生的应力，控制混凝土裂缝的产生。

4）可以考虑增加构造钢筋、扩张网。在设计中可以采取增加构造钢筋的做法，配筋尽可能的使用小间距、小直径的钢筋，也可以在混凝土表面增加金属扩张网等措施，从而提高混凝土抗裂性。

三、结语

大体积混凝土在施工中极易产生裂缝这是困扰桥梁施工的一个难点，但是我们通过大量的科学研究及实践经验表面：只要我们从合理的桥梁设计、优化的原材料选择、施工过程的有效控制、充足后期养护等多方面入手，还是可以有效的避免桥梁工程施工中混凝土裂缝的产生。

参考文献：

[1]城市桥梁养护技术规范（CJJ 99-2003）.中国建筑工业出版社，2003.

[2]公路工程技术标准（JTGB01 2003）.人民交通出版社，2004.