橋梁工程中大體積混凝土裂縫控制

1、橋梁工程中大體積混凝土裂縫控制摘要：通過對橋梁工程大體積混凝土施裂縫問題產(chǎn)生原 因進(jìn)行分析，提出了降低混凝土溫度應(yīng)力、防止混凝土產(chǎn)生 裂縫的施工控制措施，以及在構(gòu)造設(shè)計上對大體積混凝土應(yīng) 采取的防裂措施，供大家 參考 。關(guān)鍵詞：橋梁工程 大體積混凝土 水化熱 裂縫0 引言近年來，我國大型橋梁建筑日益增多， 由于構(gòu)造上需要 一些懸索橋錨碇及橋梁承臺，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)采用大幾何尺寸的設(shè) 計方案，采用混凝土施工時其龐大的體積達(dá)一萬至幾萬立方 米，而且與一般的鋼筋混凝土相比，其結(jié)構(gòu)厚實、混凝土體 積大、工程條件復(fù)雜 （ 一般都是現(xiàn)澆且多為地下或半地下建 筑）、施工技術(shù)要求高，水泥水化熱易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度和收縮

2、變形。在這些橋梁施工過程中，已出現(xiàn)多起橋梁大體積混凝 土工程質(zhì)量問題，這些問題會給工程正常使用和耐久性帶來不同程度的危害。因此，從設(shè)計、施工、質(zhì)量管理等角度， 研究如何提高大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的發(fā)生是由多種因素引起的， 各 類裂縫產(chǎn)生的主要影響因素如下：1.1 水泥水化熱的影響 水泥水化過程中放出大量的 熱，且主要集中在澆筑后的 7d 左右，一般每克水泥可以放出 500J左右的熱量，如果以水泥用量 350kg / m550kg / m3來計算，每立方米混凝土將釋放出17500KJ27500的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高（可達(dá)70 C左右

3、，甚至更高 ）。尤其對大體積混凝土來講，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重因為混 凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，故混凝土中心溫度很高， 就會形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉 應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就 會產(chǎn)生裂縫。1.2 混凝土的收縮 混凝土在空氣中硬結(jié)時體積減小的 現(xiàn)象稱為混凝土收縮?；炷猎诓皇芡饬Φ那闆r下的這種自 發(fā)變形， 受到外部約束時 （支撐條件、 鋼筋等 ），將在混凝土中 產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得混凝土開裂。引起混凝土的裂縫主要有塑 性收縮、干燥收縮和溫度收縮等三種。在硬化初期主要是水 泥石在水化凝固結(jié)硬過程中產(chǎn)生的體積變化，后期主要是混 凝土內(nèi)部自由水分蒸發(fā)而引起

4、的干縮變形。1.3 外界氣溫濕度變化的影響 大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施 工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生起 著很大的影響。混凝土內(nèi)部的溫度是由澆筑溫度、水泥水化 熱的絕熱溫度和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等各種溫度疊加之和組成。 澆筑溫度與外界氣溫有著直接關(guān)系，外界氣溫愈高，混凝土 的澆筑溫度也就會愈高；如果外界溫度降低則又會增加大體 積混凝土的內(nèi)外溫差梯度。如果外界溫度的下降過快，會造 成很大的溫度應(yīng)力，極其容易引發(fā)混凝土的開裂。另外外界 的濕度對混凝土的裂縫也有很大的影響，外界的濕度降低會 加速混凝土的干縮，也會導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。1.4 其他因素的影響 結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的不均勻沉降也會產(chǎn) 生裂

5、縫，這種裂縫會隨著基礎(chǔ)沉降而不斷的增大，待地基下 沉穩(wěn)定后，將不會變化。超荷載使用或未達(dá)到設(shè)計過早加荷 載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱之為荷載裂縫?；炷僚浜媳炔涣紩斐苫炷了苄猿两盗芽p， 一般是 混凝土配合比中，粗骨料級配不連續(xù)、數(shù)量不夠，砂率及水灰比不當(dāng)所造成的裂縫。2 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施2.1 大體積混凝土配合比設(shè)計2.1.1 原材料選用 由于水泥的用量直接影響著水化熱 的多少及混凝土溫生，大體積混凝土應(yīng)選用水化熱較低的水 泥，如低熱礦渣硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥等，并盡可能 減少水泥用量。細(xì)骨料宜采用 2 區(qū)中砂，因為使用中砂比用 細(xì)砂可減少水及水泥的用量。在可泵送情況下粗

6、骨料，選用 粒徑 5 20mm 連續(xù)級配石子，以減少混凝土收縮變形。使 用摻合料，應(yīng)用添加粉煤灰技術(shù)。在混凝土中摻用的粉煤灰 不僅能夠節(jié)約水泥，降低水化熱，增加混凝土和易性，而且 能夠大幅度提高混凝土后期強度，推移溫升峰值出現(xiàn)時間。2.1.2 外加劑的使用。 采用減水劑， 如緩凝高效減水劑； 采用膨脹劑， 如廣泛使用 u 型膨脹劑無水硫鋁酸鈣或硫酸鋁。 試驗表明，在混凝土添加了膨脹劑之后混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨 脹應(yīng)力，可以抵消一部分混凝土的收縮應(yīng)力，這樣，相應(yīng)地 提高混凝土抗裂強度。2.2 溫控措施及施工現(xiàn)場控制2.2.1 溫度預(yù)測分析。根據(jù)現(xiàn)場混凝土配合比和施工中 的氣溫氣候情況及各種養(yǎng)護(hù)方案，

7、采用計算機仿真技術(shù)對混 凝土施工期溫度場和溫差進(jìn)行計算機模擬動態(tài)預(yù)測，提供結(jié) 構(gòu)沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況，制定混 凝土在施工期內(nèi)不產(chǎn)生溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù) 優(yōu)化選擇。 2.2.2 混凝土澆筑方案。 采用延緩溫差梯度和降溫 梯度的措施，在澆筑前經(jīng)詳細(xì) 計算 安排分塊、分層澆筑次 序、流向、澆筑厚度、寬度、長度、前后澆筑的搭接時間； 控制混凝土入溫度并加強振搗，嚴(yán)格控制振搗時間，移動距 離和插入深度，保證振搗密實，嚴(yán)防漏振和過振，確?；炷?土均勻密實；做好現(xiàn)場協(xié)調(diào)組織管理，要有充足的人力、物 力、保證施工按計劃順利進(jìn)行，保證混凝土供應(yīng)，確保不留 冷縫；澆筑后對大體積混

8、凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的 處理，一般澆筑后34h內(nèi)初步用木長刮尺刮平，初凝前用 鐵滾筒碾壓 2 遍，再用木抹子搓平壓實，以控制表面龜裂； 混凝土澆灌完后，立即采取有效的保溫措施并按規(guī)定覆蓋養(yǎng) 護(hù)。2.2.3 混凝土溫度監(jiān)測。 在混凝土內(nèi)部 外部設(shè)置溫度測 點，設(shè)置保溫材料溫度測點及養(yǎng)護(hù)水溫度測點，現(xiàn)場溫度監(jiān) 測數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集儀自動采集并進(jìn)行整理分析。每一測點的 溫度值、各測位中心測點與表層測點的溫差值，作為研究調(diào) 整控溫措施的依據(jù)，防止混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。2.2.4 為反映溫控效果可在少數(shù)混凝土層中埋設(shè)應(yīng)變計 進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測，應(yīng)變計沿水平方向布置檢測水平方向應(yīng) 力分量。2.2.5 通水

9、冷卻。采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層 中帶沒冷卻水管，冷卻水管使用前進(jìn)行試水，防止管道漏水 和阻塞，根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度監(jiān)測，控制冷卻水管進(jìn)水流量 及溫度。2.3 構(gòu)造設(shè)計上對大體積混凝土采取防裂措施2.3.1 設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)形式，可以減少工程數(shù)量，減低 水化熱。如可根據(jù)懸索橋錨碇受力特點，設(shè)計挖空非關(guān)鍵受 力部分混凝土體積，利用土方壓重方案，來減少混凝土結(jié)構(gòu) 體積。2.3.2 充分利用混凝土在基坑有側(cè)限條件，在混凝土中 摻加微膨脹劑，使其在基坑約束下形成一定的預(yù)壓力，補償 混凝土內(nèi)部溫度 收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力， 從而有效的避免混凝土 裂縫的產(chǎn)生。2.3.3 大體積混凝土體積龐大，施工周期一般較長，依 據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況可合理地確定混凝土評定驗收齡期，打破正 常標(biāo)準(zhǔn) 28d 的評定驗收齡期， 改為 60d 或更多天， 評定驗收 齡期充分考慮混凝土的后期強度，從而減低設(shè)計標(biāo)號，達(dá)到 減少混凝土水泥用量減低水化熱的目的。2.3.4 由于邊界存在約束才會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，采用改善 邊界約束的構(gòu)造設(shè)計，如遇有約束強的巖石類地基、較厚的 混凝土墊層等時，可在接觸面上設(shè)滑動層來減少溫度應(yīng)力。 在外約束的接觸面上全部設(shè)滑動層，則可大大減弱外約束。2.3.5 還應(yīng)重視合理有益作用，可采取增配構(gòu)造鋼筋。 配筋應(yīng)盡可能采用小直徑、小間距，全截面含筋率控制在0.3 %0