浅析桥梁工程大体积混凝土裂缝控制

浅析桥梁工程大体积混凝土裂缝控制

摘要：随着我国交通事业的迅速发展，大跨度桥梁大量出现，在桥梁中大体积混凝土承台、锚旋、塔等亦随之大量出现。目前所生产的水泥放热速度较过去大为提高，这使得大体积混凝土的温度裂缝问题日益突出，己成为普遍性的问题。本文介绍了大体积混凝土在桥梁工程中所采用的裂缝控制措施。

关键词：桥梁工程；大体积混凝土；裂缝控制；水化热

混凝土因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、可浇筑成各种形状，并且耐火性好、不易风化、养护费用低，成为当今世界各类建筑结构中使用最广泛的建筑材料。近20年来，我国桥梁事业飞跃发展，修建了许多大跨度的桥梁。桥梁中的基础、锚靛、桥墩、承台、主塔、主梁零号块等构件的体积相应亦增大，这些桥梁构件亦属于大体积混凝土范畴。

1桥梁工程大体积混凝土裂缝产生机理

大体积混凝土常见的质量问题就是混凝土结构产生裂缝。开裂主要与水化热、温差、混凝土收缩等因素有关，是由于混凝土的变形受到约束而产生的。如果没有约束，则混凝土可以自由伸缩，就不会出现裂缝。

1.1水化热

大体积混凝土在浇筑振捣以后，水泥开始产生大量的水化热，由于混凝土表面散热的影响，混凝土中心温度向表面递减，由温度的不同导致混凝土内外变形不统一，中心混凝土与边缘混凝土变形不一致，因而产生温度应力。由所受约束的不相同而导致产生温度应力大小也不相同。当混凝土抗拉应力不能抵抗温度应力的作用时，结构就会产生裂缝。

在全约束条件下，温度应力最大，最容易导致产生裂缝。在弹性约束条件下，混凝土结构受到部分约束，处于既有应力又有变形的状态，应力相对较小，可能产生裂缝。在完全没有约束的条件下，结构成为自由体，结构变形等于结构的自由变形，无约束变形，温度应力为零，结构自由伸缩，不产生裂缝。

但最关键的问题是对约束的认识，除了上述外部约束之外，还有内部约束。由于内外温度不同，相同体积的内、外混凝土的变形是不一致的，内部变形大，外部变形小，变形小的外部混凝土成为内部混凝土的约束。当外部混凝土的抗拉应力不足于抵抗内部的变形应力时，就会产生裂缝。这就能解释大体积混凝土表面在完全无外约束的条件下仍然会产生裂缝的现象。

1.2地基或老混凝土

当混凝土浇筑在比较坚硬的基岩或老混凝土上时，混凝土浇注初期的水化热升温，产生膨胀，受到岩石或老混凝土的约束，将产生较小的压应力。这是因为早龄期混凝土的弹性模量小，还处在塑性状态的缘故，所以，当后期出现较小的温降时，即可将压应力抵消。而当混凝土温度继续下降时，由于基岩或老混凝土对温降引起的收缩变形约束的结果，混凝土块内将出现较大的拉应力，但混凝土块由最高温度降至施工期准稳定温度场，需要经历很长的时间，混凝土的强度和弹性模量在一定时间内，都会随着龄期而增长，只要对基础块混凝土进行适当的温度控制，凭借混凝土本身的抗拉强度，是可以防止开裂的。

1.3温差

在施工期间，外界气温的突然下降会引起混凝土开裂。因为，外界气温下降越多，则内外温差越大，温差越大，温度应力就越大。更本质地说，由于温差大，外部混凝土与中心混凝土的变形差变得更大，变形差越大，结构所承受的变形应力越大，当应力差出现负值时，则会出现裂缝。在实际工程中，常采用多种方法使混凝土表面保温，尽量减小内外温差，从而减少变形差，变形差小了，则外部混凝土对内部混凝土的约束也小了。外部混凝土对内部混凝土的变形约束小到足以让内部混凝土伸缩而外部混凝土不会开裂。

1.4混凝土收缩

混凝土的收缩，也是产生裂缝的重要原因。由于对混凝土各项性能的特殊要求，实际所需拌合水比水泥水化所需的水要多得多。拌合水中只有约20%的水是水泥水化所必须的，其余的都要被蒸发掉。水分蒸发之后，引起混凝土收缩，当收缩受到约束时，则产生收缩应力，当收缩应力大于当时混凝土的抗拉应力时，则裂缝随之产生。

2桥梁大体积混凝土裂缝解决对策

在了解了大体积混凝土裂缝成因后，我们就可以明白为了防止裂缝，不仅控制大体积混凝土内部最高温度和内外温差，还要从改善结构约束条件、混凝土性能等方面进行控制。具体说就是从材料和施工两方面控制。

2.1选择合理原材料

①使用低热水泥：使用低热水泥如矿渣水泥和大坝水泥等，能明显降低混凝土的绝热温升，降低大体积混凝土的最高温度。伴随减小混凝土内表温差，起到减小温度应力的作用。从而减少产生裂缝的充分条件。

②降低水泥用量：在体积混凝土的施工中，降低水泥用量和使用低热水泥一样，都能减小度应力，达到温控的目的。

③优化混凝土配合比：尽量提高混凝土的抗裂能力。在保证混凝土强度和满足泵送要求的前提下，要选用级配良好的骨料，并严格控制骨料的含泥量，含泥量要燕1.5%。尽可能采用粒径较大的骨料，最大粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混凝土的水泥用量就越小，相当于降低混凝土绝热温升，也达到了温控的目的。

④发展特种混凝土：特种混凝土包罗甚广，在大体积混凝土常用的是:纤维混凝土、微膨胀混凝土等。纤维混凝土通过纵横交错分布的高强度的细长纤维来增大混凝土的抗裂能力，从而达到限制裂缝发展，阻止其扩大的目的。微膨胀混凝土实质上就是膨胀应力对由温差和收缩产生拉应力的补偿。利用这种温差补偿效应，取得了防渗抗裂的效果。

2.2选择合理的施工措施

①合理分缝分块：在大体积混凝土施工过程中，为了有效降低大体积混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。在时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇注，施工层之间按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，应该注意的是分层浇筑的间歇时间。

②降低浇筑温度：要降低混凝土的最高温度和温差，比较直接的措施是降低浇筑温度，但其实施必须拥有一定的条件才能实现，在特大型工程中可能才用得到。桥梁大体积混凝土的施工中比较实用的措施是做好水泥散热工作、对骨料浇水冷却、采用冷却拌和水和减小运输距离等。

③合理安排施工进度：施工进度对大体积混凝土的温度的变化影响非常明显。特别应该注意的是分次、分层浇筑的间歇时间。

④冷却水管：目前，在大体积混凝土的现场温控措施中，较为常用的就是采用冷却水管，因为其具有直接、经济、易施工等特点，在桥梁中得到广泛应用。

⑤养护措施：混凝土养护期间注意天气变化，制定备用方案。在大体积混凝土施工时，最常用的养护方法是保温隔热法。

3小结

在大体积混凝土的施工中，采取综合措施进行温度控制与裂缝控制，能提高施工效率、提高混凝土的施工质量，减小劳动力的消耗、降低劳动强度、节省工效、加快施工进度、降低工程造价、具有较高的实用性和经济效益。各种温控措施当根据实际情况来决定，要通过能够改变的因素来进行大体积混凝土的温控防裂，达到预防、减少裂缝的目的。

参考文献

[1] 霍凯成，大体积混凝土温控与防裂技术研究.武汉理工大学，2004.

[2] 丁如珍，特大型承台混凝土的温度控制，公路，第5期，2004年5月.

[3] 阮静叶等，大跨径箱梁混凝土的水化热温度研究.中国上木工程学会桥梁及结构工程学会第十四届年会论文集.2006年.