浅析桥梁工程如何有效控制大体积混凝土的裂缝

分类：建筑设计论文发表 时间：2012-03-26 15:17 关注：(1)

江孝红 宋海俊

摘 要：    大体积混凝土的裂缝是混凝士结构工程中比较常见的现象。桥梁大体积混凝土裂缝问题是普遍而又难以解决的实际问题，本文查阅了大量参考文献,针对桥梁工程中大体积高强度混凝土的特性,简要阐述和分析了其产生裂缝的原因,并提出了相应的控制措施。
关键词： 大体积； 混凝土； 裂缝； 措施
Abstract: mass concrete crack is the coagulation and engineering structure is more common phenomenon. Mass concrete bridge crack problem is universal, it is difficult to solve practical problems, this paper looked a lot of reference documents, for bridge engineering cuhk volume of high strength concrete characteristics, this paper briefly describes the and analyzes its crack reasons, and put forward the corresponding control measures.
Keywords: big volume; Concrete; Crack; measures

中图分类号： TV544+.91 文献标识码：A 文章编号：
由于目前国家加大基础建设投资、 拉动内需的需要,公路工程项目投入进一步加大,而各类桥梁在公路工程的应用日益广泛,大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。但是,相应暴露出来的问题也越来越多,其中大体积混凝土的裂缝问题尤为突出。
混凝土是一种由砂石骨料、 水泥、 水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。 在施工及其本身特性的影响下，混凝土硬化过程中会产生众多的微孔隙、气穴和微裂缝。这类裂缝的分布是不规则且不贯通的，但在荷载作用下或进一步产生温差收缩的情况下，裂缝开始扩展， 最终形成肉眼可见的宏观裂缝， 也就是砼工程中常说的裂缝。如果不能及时修复和处理，随着裂缝的扩展及外部水的渗入最终导致钢筋的锈蚀， 降低砼结构的结构性能和使用寿命。
一、 大体积混凝土裂缝产生原因分析
大部分裂缝产生的原因是变形作用， 如温度变形、 收缩变形、 基础不均匀沉降变形等因素， 统称为变形作用引起的裂缝问题， 此类裂缝几乎占全部裂缝的 80％以上； 而由荷载引起的裂缝占全部裂缝的20％左右。
(1)材料原因： 施工材料引起的裂缝主要是由于配置的混凝土所采用的材料质量不合格所导致的，主要有集料颗粒级配不良或采用不恰当的间断级配； 砼外加剂 （如防冻剂、 早强剂、 缩水剂等） 和掺和剂 （如粉煤灰、 高炉矿渣等） 选择不当或掺量不当； 水泥品种原因； 水泥等级和砼强度等级原因。
(2) 混凝土配合比： 设计中水泥等级或品种选用不当； 配合比中水灰比过大； 单方水泥用量越大， 用水量越高， 表现为水泥浆体积越大、 坍塌度越大、 收缩越大； 配合比设计中砂率、 水灰比选择不当造成砼和易性偏差。
(3)混凝土的收缩
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形,受到外部约束时(支承条件、钢筋等),将在混凝土中产生拉应力,使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、 干燥收缩和温度收缩等三种。 在硬化初期主要
是混凝土在水化凝固结硬过程中产生的体积变化, 后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
(4)外界气温湿度变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间, 外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。 浇筑温度与外界气温有着直接关系,外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高; 如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。 如果外界温度的下降过快,会造成很大的温度应力,极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响,外界的湿度降低会加速混凝土的干缩,也会导致混凝土裂缝的产生。
(5)施工及现场养护： 现场浇筑混凝土时， 振捣不足或漏振等均会影响混凝土的密实性和均匀性， 诱导裂缝产生； 浇筑时风速过大、 蒸发量大，混凝土收缩值大； 钢筋被扰动、 保护层过厚； 大体积混凝土浇筑， 对水化热计算不准、 保温工作不到位而产生的温度裂缝； 为赶抢工期初凝阶段的砼被荷载、 震动而产生的裂缝； 现场养护不到位， 砼早期脱水引起的收缩裂缝； 模板变形、 拆除不当造成的裂缝； 预应力张拉不当引起的张拉裂缝等。

二、 相应预防措施
(一)水泥品种的选择和用量控制
对于大体积混凝土应尽量选择低热或中热水泥, 矿渣硅酸或火山灰水泥。 同时充分利用混凝土后期强度,减少水泥用量,将混凝土标准强度令期延长至二个或三个试验令期, 这样每立方米混凝土可减少水泥用量,使混凝土内部温度降低。
(二)掺外加料和外加剂
在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰, 可增加混凝土的密实度,提高抗渗能力,降低收缩值,减少水泥用量。外加剂可选择膨胀剂即可替换水泥,又能增加密实度,同时可使混凝土内部产生压力,抵消拉应力。 减少水缓凝剂,即可延缓水化热又能改善和易性,减少水化热的目的。
(三)砂石料的控制
骨料应选择粒径大、 强度高、 级配好的,从而减少水泥用量,降低水化热,减少干缩,减少裂缝的开展,选择低碱或无碱砂石料,避免由化学反应而引起裂缝。对原材料的含泥量,严格控制规范允许的范围之内。
(四)优化设计
在大体积混凝土容易发生裂缝的部位或转角处布置一定数量的斜筋,来承担拉应力,同时对钢筋保护层厚度尽是取小值,也可避免裂缝的出现水灰比并严格控制水灰比。 大体积混凝土的防裂施工措施。在夏季气温较高的情况下施工,应采取适当措施降温保温。如用草袋或其它纺织物覆盖浇水养护,降低混凝土内外温差,可防止裂缝的产生。 冬季应用保温措施,施工时混凝土温度不得低于5℃。 对于原材料要加温预热,避免过热和干燥,运输中注意保温。
(五)浇筑时减少热量损失和保温养护
混凝土的拌制。每盘混凝土的拌和时间应控制在2~3分钟左右,搅拌时间不宜过长也不能过短,过短搅拌不均匀,过长会破坏材料结构;混凝土浇筑过程中要做几次坍落实验,严格控制施工水灰比。混凝土浇筑。浇筑过和中采用插入式振捣器为主,附着式震动器为辅。附着式震动器应采用间歇式震动, 每次开启的时间大约为30秒左右,以避免浇筑过程中出现漏震现象。地基要保证设计密实度。必要时要夯实和加固,所用模板表面应湿润光滑,有足够的强度和钢度,支撑要牢固拆模板时间应适当。
三、 裂缝的处理方法
(1)表面封闭法
该法主要通过在微细裂缝表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝及深进裂缝的处理。 通过在裂缝的表面涂抹水泥浆、 环氧胶泥或油漆沥青等防腐材料， 以防止水分、 二氧化碳以及其他有害介质的侵入。但是该法不适用于有明显水压的裂缝，和修复工作无法深入到裂缝内部的裂缝。
(2)灌浆、 嵌缝封堵法
常见的封堵方法有下列几种： 化学灌浆法、 嵌缝法、 封堵法、 涂膜堵漏法等。该法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的砼裂缝的修补， 它是利用压力设备将胶结材料压入砼的裂缝中， 胶结材料硬化后与砼形成一个整体， 从而起到封堵加固的作用。 目前比较成熟的裂缝修补技术主要有 YJ - 自动压力灌浆技术、 SR 塑性防水材料的嵌缝修补、 PBM聚合物封堵、 无压力的涂膜堵漏法等。
(3)结构加固法
一般通过加大砼结构的截面面积、 预应力加固、 外包型钢、 喷射砼补强加固等措施。
(4) 混凝土置换法
具体工艺是：剔除砼→砼面层及钢筋处理→置换材料的配置→ 养护及粉刷。 常用的置换材料有： 水泥砂浆、 聚合物或改性聚合物砼。
(5)电化学防护法
电化学防护法主要有三种： 阴极防护法、 氯盐提取法、 碱性复原法。 它通过施加电场， 改变砼或钢筋砼所处的环境， 防止钢筋锈蚀， 从而达到防护的目的。
(6)仿生自愈合法
此法是模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能， 在砼传统组分中加入特殊组分(如含黏结剂的液芯纤维或胶囊)在砼内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统。当混凝土材料出现裂缝时， 部分液芯纤维可使砼裂缝重新愈合。混凝土的自修复系统对基体微裂缝的修补和有效延缓潜在危害提供了一种新的思路和方法。
四、 结语
为防止桥梁工程的大体积混凝土的裂缝是一项复杂的工程，产生裂缝的原因很多，切工程有千差万别但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明:只要我们在设计、 施工工艺、 材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响, 还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。