桥梁施工中大体积混凝土梁的裂缝控制

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-09-22 10:09 关注：(1)

　　摘要: 有些裂缝可能暂时不会对桥梁结构造成影响， 但有些裂缝却有可能危害到整个桥梁的结构安全， 因此对桥梁裂缝产生的原因进行研究并提出相应的改进措施，有着积极的现实意义。本文分析了桥梁施工中大体积混凝土梁的裂缝产生的原因，提出了控制裂缝的对策。

　　关键词：桥梁施工;大体积;混凝土梁;裂缝;控制

　　Abstract: Some cracks may temporarily not affect bridge structure, but some crack could harm to the whole bridge structure's safety, so to bridge crack the causes for the occurrence of research and corresponding improving measures, with positive reality significance. This paper analyzes the large volume of the bridge construction cracks of concrete beams reasons and puts forward the countermeasures to control the cracks.

　　Keywords: bridge construction; Big volume; Concrete beam; Crack; control

　　中图分类号：TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：

　　在大体积混凝土施工过程中， 混凝土裂缝问题是时常困扰着技术人员的问题。有些裂缝可能暂时不会对桥梁结构造成影响， 但有些裂缝却有可能危害到整个桥梁的结构安全， 因此对桥梁裂缝产生的原因进行研究并提出相应的改进措施，有着积极的现实意义。

　　一、 大体积混凝土裂缝产生的原因

　　1、 水泥水化热

　　水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的2 5d左右，从而使混凝土内部温度升高。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

　　2、温度应力

　　(1)升温阶段

　　混凝土其实属于一种脆性材料， 它由砂石、 水泥、 外加剂以及其它掺合物共同组成， 其抗拉强度只有抗压强度的 1/10左右。在施工过程中， 由于大体积混凝土中的水泥受到水化

　　作用， 在3~5天内会生成大量的水化热， 而混凝土属于热的不良导体， 因而水化热就聚集在混凝土内部导致混凝土内部温度急剧上升， 甚至可达70℃以上。但是表面的混凝土由于接触外界， 散热性较好， 相应的温度也低。在这种情况下， 混凝土内部就会产生温度应力， 表现为压应力， 在表面则为拉应力。如果某个时段内， 混凝土表面拉应力大于其抗拉强度，混凝土表面就会产生直线热裂缝， 这种裂缝呈现出间距大致相等的特点， 其宽度通常也不会超出裂缝的允许范围， 但是会对结构的使用寿命产生影响， 并且内外温差越大， 其宽度就越大， 因此要进行控制。

　　(2)降温阶段

　　当水泥的水化反应达到一定程度后， 水化热就开始慢慢减小， 此时混凝土的散热要超出新增的水化热， 混凝土内部的温度开始下降， 出现收缩， 在收缩的过程中因为有外界约束对其加以限制， 因此就会在其内部产生拉应力， 一旦拉应力超出混凝土的抗拉强度， 则其内部就会出现裂缝。

　　3、收缩应力

　　(1)干缩

　　出于混凝土施工过程中其和易性的考虑， 一般实际掺入的水量是其所需水量的5倍左右， 这其中大部分的水分都会蒸发掉， 从而导致混凝土的体积收缩。由于混凝土内外水分蒸发的速率不同 (即表面水分蒸发较快) ， 会出现较大的收缩变形; 而内部的温度变化比较慢， 其收缩变形就相对较小， 这种情况下表面的干缩变形会受到内部混凝土的约束， 且外界也会对其产生一定的约束， 从而混凝土就会由内到外产生较强的拉应力， 最终在表面形成干缩裂缝。这种裂缝通常在混凝土的平面部位产生。

　　(2)塑性收缩

　　在混凝土进一步硬化、 凝结之前会出现泌水现象。混凝土在静止时， 其中密度大的固体颗粒会下沉， 而流动性好、 密度小的则上浮至混凝土表面， 这种现象即为泌水。此时的混凝土还有一定的流动性， 因此泌水所蒸发的水分不会对混凝土产生影响。但是混凝土内部遗留下来的内部泌水却会在粗骨料下形成水囊， 当混凝土硬化成型后， 这部分从会继续蒸发， 最终混凝土内部会形成孔隙与界面裂缝， 产生收缩应力。

　　4、施工工艺

　　在混凝土施工过程中， 如果施工工艺不合理也会导致混凝土出现裂缝。比较常见的有以下几种现象： (1)混凝土在振捣过程中不均匀， 其密实度不足， 出现麻面、 峰窝等现象，造成钢筋锈蚀或者其它的荷载， 最终引起裂缝; (2)在浇筑混凝土的过程中， 速度过快， 由于混凝土的流动性较差， 所以，容易因为硬化前沉实不足、 硬化后沉实过大而产生塑性收缩裂缝; (3)由于混凝土的保护层太厚， 已经绑扎的上层钢筋与设计要求不符， 其所承受负弯矩的受力筋保护层加厚， 降低了构件的有效高度， 最终形成和受力钢筋互相垂直的裂缝; (4)在泵送混凝土的过程中， 会增加水及水泥的用量以提高混凝土的流动性， 当水灰比加大后混凝土在凝结硬化时的收缩量就会相应地增加， 在其体积上出现裂缝; (5)混凝土早期受冻， 构件表面也会出现裂缝; (6)拆模的时间没有掌握好， 导致混凝土的强度不足， 构件受到自重或者施工的荷载作用时就会产生裂缝; (7)模板的刚度不够， 在浇筑混凝土时受到侧向压力的作用模板会产生变形， 从而产生裂缝等等。

　　二、 控制裂缝的对策

　　1、原材料方面控制

　　(1)水泥

　　水泥水化热是产生温度应力的主要影响因素，因此水泥是大体积混凝土的关键环节。 大体

　　积混凝土所用水泥应采用水化热低、 凝结时间长、 后期强度高的水泥，如矿渣硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥、 火山灰硅酸盐水泥，大体积混凝土中严禁使用体积安定性不良的水泥，以防止会使结构产生膨胀性裂缝，影响工程质量。

　　(2)骨料

　　对于大体积混凝土工程，石子的选择可根据施工条件，尽量以减少用水量和水泥用量，减少混凝土的收缩和泌水性为目的。 在配合比相同的条件下，使用碎石的混凝土强度高，抗裂性能也较卵石的高，所以对于大体积混凝土工程，由于抗裂度要求高，施工时宜采用碎石作为粗骨料。

　　(3)掺合料

　　在拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料，主要是为了节约水泥，改善混凝土性能，常用的有粉煤灰、 硅粉、 磨细矿渣粉、 烧粘土、 沸石岩粉磨细自燃煤研石等。 其中粉煤灰的应用最为普遍。 大体积混凝土施工中，掺加适量的优质粉煤灰，可以改善混凝土的性能 减少混凝土的水化热。

　　(4)外加剂

　　为保证大体积混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。 如掺用减水剂，在保证混凝土满足设计强度的前提下，可最大限度的减少水泥用量 。加入膨胀剂可使混凝土获得一定膨胀值，以抵消或者减缓由于混凝土收缩而产生的拉应力，从而防止混凝土产生开裂。 大体积混凝土中常用的外加剂有木质素磺酸盐类减水剂、 高效缓凝减水剂、 UEA型膨胀剂等。

　　2、 降低水化热

　　在混凝土内部埋设冷却水管,通入循环冷却水,强制降低混凝土的水化热温度。

　　3、重新选配混凝土配合比

　　在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用 “三低(低砂率、 低坍落度、 低水胶比)二掺(掺高效减少剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)” 的设计准则,生产出高强、高韧性、 中弹、 低热和高极拉值的抗裂混凝土。 水泥由R32.5号改为R42.5号,降低水泥用量,可以考虑掺用适量的粉煤灰,降低水泥用量。

　　4、降低混凝土的入模温度

　　浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接曝晒,施工过程中应对碎石洒水降温,保证水泥库通风良好,自来水可预先放入地下蓄水池中降温。

　　5、 加强施工中的温度控制

　　在高温季节日光直射的混凝土，入仓温度比日平均气温高5℃ 左右，而在夜间浇筑则入仓的温度和分平均温度大致相同，所以把重要部分和易裂部位安排在夜间施工将会有较好的效果。 在大体积混凝土温度、 温差监测工作中引入了计算机技术，提高了监测速度与监测精度，并可进行不间断的自动监测，实现监测工作自动化。 在程序编制中输入最大温差控制值，可以实施温差超值声、 光自动报警，根据打印的监测数据、 变化曲线可以预测温度及其变化的趋势，及时采取有效措施对混凝土的内外温差、 温度陡降与内部温差进行控制。

　　6、采用切实可行的施工工艺

　　(1) 拌制与振捣施工

　　在混凝土搅拌时，采用二次投料新工艺，这种搅拌工艺的主要优点是无泌水现象，混凝土上下层强度差减少，可有效地防止水分向石子与水泥砂桨界面的集中，使硬化后的界面过渡层的结构致密、 粘结加强，从而可使混凝土强度提高10%左右。在大体积混凝土基础的垂直施工缝处留缝与接缝时，均宜采用二次振捣。 混凝土二次振捣的最佳时河与水泥品种、 水灰比、 坍落度气温、 混凝土运输距离、 浇筑速度、 振捣条件等有关，一般宜在混凝土浇筑后lh左右。

　　(2) 浇筑施工

　　在施工时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇筑，施工层之间的结合按施工缝处理，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。 分层厚度一般控制在0.6-2.0m的范围内，具体取值根据工程情况及温度收缩应力计算来定。 选择上层混凝土覆盖的适宜时间，应是在下层混凝土温度己降到一定值时，即上层混凝土温升传递到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升，根据经验，一般约取 5-7 天为宜。

　　7、养护

　　在混凝土浇筑后,做好混凝土的保温保湿养护,缓缓降温。 充分发挥徐变作用。采取时间的养护,充分发挥混凝土的 “应力松弛效应”。

　　参考文献：

　　[1] 李培. 大体积混凝土的温控和防裂技术研究[J]. 科技资讯, 2007,(20)

　　[2] 曾晓芳. 浅谈大体积混凝土的施工温度与裂缝[J]. 黑龙江科技信息, 2008,(36)

　　[3] 王立宇. 大体积混凝土施工[J]. 黑龙江科技信息, 2007,(16)