浅谈高桥墩桥梁基础大体积混凝土施工裂缝的控制措施

高锦纯/甘肃综合铁道工程承包有限公司



浅谈高桥墩桥梁基础大体积混凝土施工裂缝的控制措施

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【摘 要】本文对大跨度高桥墩桥梁基础大体积混凝土裂缝形成原因、裂缝控制措施等作了研究。

【关键词】大体积混凝土;裂缝产生机理;防止开裂措施

引言

随着现代工业及交通运输的发展，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，结构形式日益复杂，大体积混凝土结构应用越来越广泛。而大体积混凝土结构裂缝控制问题是工程中经常遇到的难题。本文主要介绍大体积混凝土裂缝的有效控制，在今后同类施工中有一定的参考价值。

一、裂缝产生机理

大体积混凝土裂缝主要是由温度变形而产生的，温度变形是混凝土随着温度的变化而发生膨胀或收缩的现象。水泥水化、硬化过程是放热过程，在混凝土浇筑完成初期，温度急剧上升，而混凝土导热系数相当低，散热缓慢，造成芯部温度高，表面由于散热快而温度低，增大了混凝土表面与内部的温差及温度梯度，形成了内部膨胀，表面收缩的趋势。这种结构物内外温差过大而产生的温度应力和温度变形，当温度应力超过此时混凝土所能承受的拉力极限时，产生开裂。

二、防止开裂措施

对温度变形而引起的大体积混凝土开裂，主要问题是变形与约束的关系。为了有效防止开裂，结合工程实际，采取以下措施。

（一） 降低水化热峰值，延缓峰值出现时间

1. 选用低热水泥。

混凝土的温度是水泥水化热的表现形式，不同品种水泥，其水化热值不同。选用低热水泥如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥可降低水化热。

2.优化配合比。

优化配合比的目的是：在满足混凝土技术指标的前提下，尽量控制水泥用量，因为水泥用量的多少是水泥水化放热的物质基础。因此，优化配合比，做到水泥用量的准确性、科学性，对降低水化热是非常重要的。

3.选择适当的水泥标号。

当选定水泥品种后，还要选择适当的水泥标号。同一品种水泥，标号不同时水泥用量不同。通过计算同龄期绝热温升，进行比较，决定选用何种标号水泥。

4.掺入一定量的缓凝型减水剂和粉煤灰。

缓凝型减水剂，可延缓水泥凝结时间，减小水灰比，使混凝土和易性更好。粉煤灰可降低水化热，延缓水化热峰值的出现。只掺粉煤灰的较大弊端是混凝土早期强度有所降低，因为粉煤灰的二次水化反应一般在浇筑14天以后才开始进行。因此，如果掺加粉煤灰时加入一定量的减水剂，可激发粉煤灰的活性，有利于提高粉煤灰混凝土的早期强度。所以，采用双掺不仅可以推迟水化速度，而且可较大幅度的降低水化热。

5. 降低浇筑速度和减小浇筑层厚度。

大体积混凝土的浇筑速度和分层厚度要根据结构物的具体尺寸、捣实方法和混凝土供应能力，通过计算选择浇筑方案及浇筑厚度。

（二） 温控措施

对大体积混凝土为了满足内部最高温度及内外温差，在规定范围内必须进行温控措施。

1.材料降温。

当施工温度为酷暑期或高温期时，为满足混凝土入模温度的要求，首先进行材料降温，包括砂石料、拌合用水及设备等。因为砂石料占混凝土用料的85％左右，对混凝土拌合温度影响最大。在酷暑期，采用遮阳、洒水或冰水淋骨料等措施降温。拌合用水时在水中加冰块可大幅度降低水温。搅拌、运输等施工设备在操作前洒水或覆盖湿麻袋。混凝土接触的模板在施工前应洒水，降低表面温度。在炎热夏季大体积混凝土的浇筑宜在夜间进行。

2.内部降温。

内部降温就是在混凝土浇筑成型后，通过预埋钢管通以冷却循环水，以降低混凝土内部温度。一般在混凝土内部预埋直径为20～30mm铁管，根据计算或施工经验来确定管的间距，通过热交换来达到降温的目的。

三、工程实例

某铁路桥梁孔跨式样为2～32.0m简支梁+(60+5×100+60)m连续梁+4-24.0m简支梁，桥梁全长796.25m，双线铁路，线间距5.0m，设计时速160km/h，位于R=2000m的曲线上，主跨桥墩高度82m，基础采用桩基础，承台尺寸22.7×22.4×4.0m，混凝土采用C35，承台混凝土浇筑体积2033.92m³，施工时气温30℃左右。

在浇筑承台前，为了防止大体积混凝土产生裂缝，在选用合理的材料及配合比的同时，还加强了合理的温控措施。

（1）从材料降温方面进行温控

根据现场情况，对原材料及拌合物采取了遮阳措施，还根据用水量建了一个52m³化冰池，将冰与水按1:10的重量比混合于池中，保证了冰水淋骨料和拌合用水的需要。混凝土的浇筑一般在晚上8点以后进行，泵送管道覆盖湿麻袋，拌合设备在工作前洒水等。拌合温度可根据原材料温度及配合比进行计算：

Tc=∑Ti·W·C/∑WC

（2）通过内部降温措施来进行温控

冷却管为φ25×1.2mm的钢管，水平面、竖直面内均布置，间距1m，按蛇形布置，钢管距混凝土边缘为50cm。每一管圈通水流量为0.9m³/h。在混凝土升温阶段每2h测一次进水温度及出水温度，混凝土降温阶段每4h测一回进出水温度，保证混凝土内部温度与进水温度之差不小于22℃。

（3）采用合理的浇筑方案

浇筑混凝土时采用斜面分层法，每层浇筑在上次浇筑混凝土内部温度下降后进行。通过实施温控措施后，对混凝土内部及表面温度进行量测。升温阶段每2h测一回，降温阶段每4h测一回。根据测量结果，绘制曲线如下:

图1

从上图可以看出，出峰时间为60h，峰值为53℃，内外温差均小于25℃。升温阶段变化较大，是因为水化热值及反应速度所致，降温阶段曲线变换缓慢，是由于混凝土导热系数很低，另外，承台内外热交换缓慢，使混凝土降温速率减缓。根据温度变化速率的不同，图1曲线可分为以下几段，如表1：

表1

根据规定：混凝土浇筑体的里表温差不宜大于25℃，混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。从以上实测数据统计，通过以上措施的实施，满足规范要求。

四、 结束语

总之，我们应该从裂缝产生的原因分析，通过降低水化热峰值，延缓峰值出现时间及采取有效的温控措施，有效的防止开裂，保证大体积混凝土的浇筑质量。大体积混凝土裂缝的防治有待于在实践的基础上不断补充完善，积累施工方面的资料，以经济有效的措施取得理想的效果，通过综合治理来保证工程质量。本文通过对大体积混凝土裂缝控制措施的研究，在今后同类施工中有一定的参考价值。

参考文献：

[1]建设部《大体积混凝土施工规范》，GB 50496 -2009.

[2]铁道部《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》，TZ203-2008.

[3]铁道部《高速铁路桥涵工程施工技术指南》，铁建设【2010】241号.