主桥承台大体积混凝土开裂的起因与防裂措施

孙春刚

中铁十六局集团第五工程有限公司

1 引言

主桥承台大体积混凝土被广泛地应用到各种建筑施工中，使得混凝土结构的保养与防裂成为建筑施工的重点之一。特别是多数施工项目中大体积混凝土都是应用在主体部分，若是无法控制开裂问题，就难以保证建筑物的安全性与工程质量。因此，在主桥承台大体积混凝土施工中，就要做好防裂工作，在施工阶段加强质量管理，以保障混凝土的结构强度，防止开裂。

2 工程概况

宁夏永宁黄河公路大桥与叶盛黄河公路大桥、银川黄河公路大桥相邻，是银川市综合规划的重点项目，处于银川市永宁县和灵武市之间，全长有3753.1m，其中主桥桥跨为（110+260+110）m、双塔双索面斜拉桥+（50.5+6×90+50.5)，主桥长为1121m，桥梁宽面为2×16.5m。主桥承台呈现哑铃形，是整体式混凝土结构，其中外形尺寸为51.08×32.5m、厚度为5m。由于承台位于黄河流域中，水位较高，承台尺寸大，承台入泥深，承台施工时周边支护采用钢板桩围堰；基坑开挖采用抽水吸沙的方式；围堰内封底混凝土采用水下封底。

3 主桥承台大体积混凝土开裂的起因

实际施工中，导致主桥承台大体积混凝土开裂的因素有很多，最为常见的就是温度，除此以外还有施工工序、周边环境和仪器设备等，以下是针对这些因素的归纳与总结：

3.1 内外温差

水泥的主要成分是石灰，众所周知，石灰遇水后会放热，所以水泥水化热也会影响混凝土的结构。大体积混凝土浇筑完成后的3～5天内，就会出现因为内部水化反应所出现的放热现象，由于这些热量是在混凝土结构内部产生的，一旦出现散热不均匀，就会导致内部储热，内部温度高于外部温度所产生的温差，就会大致内外结构拉应力出现偏差，一旦内外结构拉应力超过了结构本身的强度极限，就会在外部出现裂缝。所以，水泥水化热所造成的内外温差，是混凝土开裂的主要原因。

3.2 湿度变化

除却混凝土内部放热以外，外界气候与湿度变化，也会影响混凝土的浇筑，特别是混凝土的凝结会受外界湿度和温度的而影响。若是在浇筑过程中，外界温度过高救护导致浇筑入模温度高，极容易影响混凝土结构的内外温差，若是温差逐步增大，就会造成混凝土表面和内部结构之间的受力不均匀，导致混凝图外部开裂。湿度对混凝土结构的影响，主要是体现在水分蒸发上，因为水分蒸发不均匀导致温度分布差别大，影响了内应力的分布，从而导致混凝土表面开裂。

3.3 结构基础变形

结构基础变形也会影响混凝土结构，这也是主桥承台大体积混凝土开裂的主要原因。如果在施工设计阶段，对施工地点的勘探部精确、或是实验诗句不准确，地质条件调查不全面，就会导致施工阶段出现地质不均匀沉降的现象，从而出现结构基础变形。尤其是在软土地基去施工中，若是没有做好地基固化措施，地基在施工中遇水就会变形，建筑体受力不均匀或是协调性不够，就会产生裂缝，且还是深度裂缝和贯穿裂缝，对整体建筑结构以及施工质量会造成较大影响，从而留下较大的安全隐患。

3.4 混凝土收缩

开裂，不仅会发生在浇筑后或是与温度有关，也会出现在凝结时期。收缩现象是凝结时期出现混凝土开裂的主要原因，若是在混凝土施工中无法很好地控制收缩现象，就会导致开裂。其中，干燥收缩，是由于混凝土在凝结过程中出现水化反应，导致结构内的水分快速蒸发。混凝土出现水化反应的水量，仅占据混凝土所有水分的20%，其余的水分则是用于保证混凝土结构的和易性，这些水分在浇筑凝结后都会逐步向外蒸发。相对的，塑性收缩则是因为混凝土内外部的水分蒸发速度不一样，影响了混凝土整体的拉应力结构，内外温差越大，则造成的拉应力就越大，超出混凝土结构强度后，就会出现由外向内的干缩现象，这种现象无法逆转。

4 主桥承台大体积混凝土的有效防裂措施

为控制裂缝，减少裂缝的产生，需要在混凝土施工中做好防裂措施，从材料筛选到工序控制，从设备配置到后期养护，都要选择合适的防裂出措施，以运用好大体积混凝土施工技术，保证混凝土的施工质量。

4.1 加强对混凝土材料的筛选

现阶段，主桥承台大体积混凝土的施工材料基本上都是水泥、活性混合材料等，为了提高混凝土结构的强度，防止开裂。在实际施工前，应先对材料质量和材料的使用进行科学规划与控制，水泥大体积混凝土结构出现裂缝，主要是因为混凝土自身材料的散热性较差，因此在选择材料中，要注重对材料散热性的考察。一方面，在水泥材料选取中，要格外注意睡你的矿物组成和细度，因为水化热强度与这两者有关，水泥材料筛选中应该选择细度适中的材料，并在使用前进行试验，测定材料的水花反应速度。另一方面，在活性混合材料选取中，要及时控制水化热升温，通过降低水泥含量和提高混凝土的易和性，减少水化热所放出的热量。最为常用的是粉煤灰，这种材料的反应比较缓慢。再者，粉煤灰中含有较大玻璃球型颗粒，且其硬度较高，表面积较小，吸附水能力比较低，降低混凝土干缩性的同时，增强其强度，以减少裂缝的产生。

4.2 注重对外加剂的选择

在外加剂的选择中，大体积混凝土使用的外加剂有缓凝剂、引气剂、高效水凝剂，这些外加剂的功效和特点不同，科学、合理地使用外加剂，能显著降低混凝土水化反应强度，均衡内外的散热速度、提高结构整体强度，以防止开裂。因此，在主桥承台大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土中水泥含量较少，多的是拌和物，应该在拌和中加入小体积的封闭气泡，减少骨料的摩擦，必要时还可以使用引气剂改善混凝土内部的孔结构，以提升混凝土的强度与耐久度。由于大体积混凝土很难散去内部的热量，所以在缓凝剂选择中，要尽可能地选择中性缓凝剂，在不影响混凝土结构的同时，减缓混凝土的水花反应，控制热量的产生速率，缩小内外温度差异，减小内外温差。

4.3 优化混凝土施工技术

首先，要合理安排混凝土浇筑机械设备，既要保证在混凝土浇筑中能配备足够数量的机械设备，连续性地浇筑大体积混凝土，也要结合以往工程实践经验，划分好设备的布置区域，避免设备之间的相互影响。本工程在实际施工中要保证供应量为90m3/h以上，所以至少要配备8台运输罐车运送混凝土，现场还要有2台输送泵输送混凝土至承台内，整个浇筑过程中工地现场的发电系统要正常使用，确保施工不会被外界因素打断。其次，承台模板及其钢筋安装中，应该依据设计图纸的要选，选择好模板以及钢筋，布置好冷却管。在模板安装前，还要对承台尺寸和平面位置进行复测，保证平面尺寸、平整度以及标高符合规范要求，再结合设计一致和规范进行测量放样。

4.4 做好混凝土养护

混凝土施工前就要规划养护工作，明确每项施工步骤，控制水泥水化热造成的温差和散热问题。为避免水分蒸发不均匀，要在浇筑完成后，用棉絮覆盖或是进行二次抹压，再利用冷却循环水持续性浇向混凝土表面的棉絮，以实现水分均匀蒸发和控制热量散失速率，缩小内外温差。此外，还要尽可能地提高养护水的温差，减少混凝土表面水与大气之间的温差，将混凝土中心与表面之间的温差控制在固定范围之内。

5 结语

综上所述，为减少裂缝的产生，混凝土施工中要控制好温差，选择合适的水泥材料和添加剂等，在施工前就要面向周边施工环境、气候以及湿度等因素做好全面的地质调查，依据影响混凝土施工以及结构安全性的各项因素，采取有效的防裂措施。