桥梁施工大体积混凝土裂缝成因与防治研究

鲍洪雨

北镇市交通服务中心 辽宁锦州 121300

1 裂缝产生的原因

桥梁大体积混凝土具有以下突出特征：首先是体积大，其截面积大于普通混凝土的截面积；水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快；混凝土本身属于脆性材料，其抗拉强度仅为其抗压强度的1/10左右。当混凝土内外温差较大时会导致混凝土产生温度裂缝。另外随着混凝土的冷却，还会产生明显的拉伸应力，从而形成收缩裂缝。因此在施工时必须严格控制各项施工技术指标，降低裂缝发生率。下面是对桥梁大体积混凝土裂缝产生原因的简要分析和防治措施。

1.1 混凝土的水化热

水泥在浇筑后会长时间发生水化反应，释放大量热量。水化时间通常集中在在浇筑后的7天内。通常，每1克水泥可释放约500焦耳的热量。如果水泥的重量为每立方米350-550kg，则水泥的水化将产生每立方米水泥17500-27500kJ的热量。此时，内部温度急剧上升。研究表明，最高温度可以达到70℃左右，甚至高于该值。对于大体积混凝土，由于其体积大，难以散热。特别是混凝土内部和外部的冷却条件不同，当外部区域温度显著下降时，其内部温度仍然很高。在这种情况下，形成温度梯度，拉伸应力立即出现在表面上。当拉伸应力超过最大拉伸强度时，会发生各种程度的裂纹[1]。

1.2 混凝土的收缩

浇筑混凝土后，它在空气中凝结，混凝土的体积相应减少。此过程称为混凝土收缩。在收缩过程中，有必要防止混凝土在外力的作用下自发变形。当受到外力约束时，内部会产生拉应力，这也是造成裂纹的重要原因。收缩分为三种：塑性收缩，温度收缩和干收缩。硬化后的初期，水泥中的颗粒数量在水化过程中发生变化，而在后期，内部水蒸发，导致干燥收缩和变形。

1.3 外界温度变化的影响

在钢筋混凝土结构的施工过程中，外部环境温度和湿度的变化对混凝土的质量有重大影响。混凝土的内部温度主要来自浇筑时的初始温度和水化过程的影响。浇筑过程中的初始温度通常受外部环境的影响，并且通常成比例。换句话说，外部温度越高，浇筑温度越高，但是如果外部温度太低，则内部将形成更严重的温度梯度，并且温度变化的范围将很大。其次，内部存在明显的热应力，这也会引起裂纹。另外，外部环境湿度与裂缝有很大关系。随着混凝土的收缩，湿度会进一步下降。如果空气相对干燥，则干燥收缩率会更快，导致出现裂纹[2]。

2 桥梁施工大体积混凝土裂缝防治措施

为了防治混凝土裂缝，在综合分析大体积混凝土裂缝成因的基础上，应采取科学有效的措施，如加强原材料控制、加强温度控制、优化结构设计等。具体情况如下：

2.1 加强原材料控制

水泥水化热是产生温度应力的主要因素之一，加强对原材料的控制显得尤为重要。首先，施工企业要关注原材料的质量水平，加强对建筑材料的质量验收和事前检验。发现不合格材料不能用于现场施工，应保证水泥、粗细集料、外加剂、掺合料及水等原材料符合施工技术指标要求，为保证混凝土工作性能奠定重要基础。其次，施工企业还应优先选用低水化热、凝结时间长的水泥，如中低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥等；选用连续级配的粗集料；细集料宜为中砂。同时，在有必要时应掺用降低早期水化热的掺和料，如粉煤灰、粒化高炉矿渣等。外加剂宜选用缓凝型减水剂。

2.2 加强对温度的控制

在凝结和硬化的早期阶段，混凝土结构对外部温度敏感，要及时进行冷却和保湿，需要从四个方面入手：一方面是夏季施工时降低浇筑温度，保证浇筑温度不宜高于28℃，最重要的是降低混凝土的入模温度。这样可以减少大体积混凝土的总体温升以及结构内部与外部之间的温差。最直接和有效的方法是降低原材料温度，安装遮阳设备，避免原材料日光暴晒，骨料堆场采用堆高、喷淋等措施。拌合用水采取地下水、冷却水、冰水等低温水搅拌混凝土。混凝土浇筑工作应在一天中气温较低时进行。在冬天，不建议在温度较低时拌合以减少结构内部和外部之间的温差，保证混凝土入模温度不低于10℃。第二方面是使用分层浇筑法，将每层的浇筑厚度控制在30cm-50cm以内，并执行紧凑的振动以促进水化热的散热并防止出现裂纹。大体积混凝土浇筑时宜采用二次振捣工艺，第二次振捣提高了混凝土的密实性和两层混凝土之间的粘合性，大大提高了混凝土的抗裂性能，浇筑面应及时进行二次抹压处理，减少表面收缩裂缝。第三是采取良好的养护保湿措施，主要在刚浇筑的混凝土固化和硬化阶段，由于在此期间水合速率相对较快，因此必须喷水雾等以使环境湿润。及时保湿会减慢混凝土中水的蒸发，并使水泥完全水合。水泥的水合可以封闭混凝土中的微孔，从而有效地改善混凝土的抗渗性，保证保湿养护的持续时间不少于14天。第四是及时监测混凝土浇筑温度、内部温度、环境温度、冷却水温度等参数，同时监控内表温差和降温速率。请注意，浇筑的大体积混凝土表面和内部温度差不宜超过25℃，实际温升不超过50℃。可以通过分层埋设冷却水管控制结构的内部温度，根据升温期和降温期的通水时间和要求监控通水的停水时间。布置温度测量点时，要充分反映大体积混凝土的实际情况，在混凝土结构物底部、表面、内部进行平面对称布设测区，测区内测点按平面分层布置。将测量点之间的距离设置为2.5m至5m。温度监测每工作班不应少于2次，持续时间一般不应少于20天，并做好详细记录为及时调整和优化温控措施提供可靠数据。

2.3 优化结构设计

优化混凝土配合比，有效提高混凝土的工作性和密实性。严格控制水胶比，单位水泥用量、砂率及掺合料用量等技术指标。在保证混凝土强度和工作性能要求的前提下减少胶凝材料中水泥的用量，提高矿物掺合料及骨料的用量。在进行设计时宜进行水化热的验算或测定。此外，为减少裂缝的发生，施工企业还应提高配合比设计水平，以满足实际施工要求。施工前，根据实际承载力要求，进行反复试验，确定最佳掺量。

3 结语

道路桥梁工程施工是一个复杂的过程，具有许多实用性，包容性和社会性等属性。当修建混凝土结构物时，经常发生诸如水热和温度应力之类的问题，此时，应使用大体积混凝土施工技术来解决有关问题。使用大体积混凝土施工技术进行桥梁施工的主要目的是控制混凝土温度变形裂缝，提高混凝土结构物抗渗、抗裂、抗侵蚀能力，从而提高结构物的耐久性。