橋梁工程大體積混凝土非荷載裂縫研究

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摘要：通過(guò)對(duì)橋梁工程大體積混凝土“非荷載裂縫”產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，介紹了該裂縫的具體分類(lèi)，闡述了導(dǎo)致該裂縫的具體問(wèn)題所在，著重分析了對(duì)該裂縫的有效控制方法，希望能夠?yàn)闃蛄汗こ淌┕すぷ魈峁┮恍﹨⒖?，保障橋梁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全使用效果。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；大體積混凝土；裂縫

0引言

我國(guó)橋梁施工技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了混凝土事業(yè)的發(fā)展，大體積混凝土在橋梁建筑之中得到了廣泛運(yùn)用。該種混凝土應(yīng)用模式具有體積大、混凝土數(shù)量多，工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。大體積混凝土施工需滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久度，還必須控制橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)部位裂縫的擴(kuò)展，保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。

1橋梁工程中大體積混凝土裂縫分類(lèi)

橋梁大體積混凝土常出現(xiàn)裂縫，而常規(guī)裂縫可分為兩種。第一種，因結(jié)構(gòu)承受荷載產(chǎn)生的裂縫。該種裂縫是結(jié)構(gòu)在荷載作用下某些部位產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)材料抗拉強(qiáng)度引發(fā)的，又名為荷載裂縫。另一種，是因混凝土材料的收縮變形，溫度變化及混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕等引起的裂縫，又名非荷載裂縫。截止到目前為止，荷載裂縫的相關(guān)研究較為完善，建立了相關(guān)理論和控制標(biāo)準(zhǔn)。而相關(guān)非荷載裂縫的探究并不多見(jiàn)，雖然相關(guān)學(xué)者提出在設(shè)計(jì)和施工中以一些構(gòu)造措施防止和減輕裂縫，但當(dāng)前尚未建立有效的控制措施。故本文以橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)中存在的非荷載裂縫開(kāi)展此次研討。

2橋梁工程中大體積混凝土非荷載裂縫的成因

2.1溫度裂縫

2.1.1水泥水化熱?；炷猎谟不^(guò)程中，水泥水化會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使其在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，增加內(nèi)部溫度，造成混凝土內(nèi)外溫度差異及散熱時(shí)間存在較大差異，外部散熱較快，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫度有較大不同，形成了一定的溫度差[1]。此外，混凝土中由于具有一定的溫度差，在較大程度上會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮效應(yīng)，知識(shí)混凝土表面出現(xiàn)應(yīng)拉力，導(dǎo)致混凝土自身抗拉達(dá)到極限，形成裂縫。2.1.2外界氣溫變化。外界氣溫嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。這是因?yàn)榛炷猎跐仓^(guò)程中，溫度也在不斷變化?；炷翜囟葧?huì)隨著外界溫度變化，外界溫度升高，則混凝土水化熱溫度較高。而溫度增大會(huì)破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。如外界氣溫降低，會(huì)使混凝土內(nèi)外層溫度出現(xiàn)差異。氣溫激素下降，混凝土?xí)a(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.2收縮裂縫

混凝土在物理學(xué)中有一種現(xiàn)象，混凝土凝結(jié)過(guò)程中隨著凝結(jié)的不斷深化，體積逐漸變小，此種現(xiàn)象叫做混凝土收縮[2]。此外，在一些情況下，混凝土因外界因素影響，堅(jiān)固性較強(qiáng)，變形能力降低，使其內(nèi)部收縮應(yīng)力降低，自身存在一定抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外壓力增加而形成裂縫。裂縫也因形成原因不同，可分為干縮裂縫和塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫是因混凝土終止凝結(jié)前受到溫度的影響，使混凝體中的水分過(guò)度散失，導(dǎo)致混凝土體積收縮速度加快，由于混凝土在凝結(jié)過(guò)程中抗拉力較小，無(wú)法應(yīng)對(duì)內(nèi)外部壓力差，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。干縮裂縫主要是發(fā)生在混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)階段，是因混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)不同出現(xiàn)的裂縫。

2.3鋼筋銹蝕引起的裂縫

鋼筋銹蝕在較大程度上也會(huì)造成混凝土裂縫，為此在對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)裂縫寬度采用規(guī)范化要求進(jìn)行有效控制，并且在此基礎(chǔ)上使用保護(hù)層對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，但保護(hù)層不能過(guò)厚。此外，橋梁工程在施工過(guò)程中，還需要對(duì)混凝土的水灰比進(jìn)行嚴(yán)格控制，應(yīng)加強(qiáng)振搗，提高混凝土的密實(shí)性，避免大量氧氣進(jìn)入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)減少含氯鹽的外加劑用量，特別是潮濕地區(qū)以及沿海地區(qū)應(yīng)慎用[3]。

3橋梁工程中大體積混凝土非荷載裂縫的控制

3.1橋梁設(shè)計(jì)措施

橋梁在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)形式與分塊采用合理的設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)條件進(jìn)行改善，可避免大體積混凝土外部受力過(guò)大致使裂縫出現(xiàn)。為降低非荷載裂縫出現(xiàn)記錄，還需重視橋梁工程大體積混凝土構(gòu)造結(jié)構(gòu)，通過(guò)配筋構(gòu)造及溫度控制降低裂縫出現(xiàn)率。當(dāng)橋梁出現(xiàn)裂縫時(shí)，也有人以斜筋彌補(bǔ)。常規(guī)大體積混凝土布置鋼筋較少，但如若出現(xiàn)裂縫或空洞，也可以斜筋彌補(bǔ)，承擔(dān)混凝土的應(yīng)受力，控制裂縫發(fā)展。

3.2原材料的選擇

選擇合適的材料能夠有效對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行有效控制：3.2.1水泥。需要選擇凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、水化熱較低以及中、低熱硅酸鹽水泥，不宜使用早強(qiáng)型水泥。3.2.2骨料。材料選擇應(yīng)連續(xù)級(jí)配，細(xì)骨料應(yīng)以中粗砂為主。如材料選取不理想，可以粒徑較大、質(zhì)量上層，級(jí)配良好的骨料。因粒徑越大，級(jí)配良好，骨料空隙率和表面積越小，其用水量則相應(yīng)減少，水泥用量也減少。骨料選取之中，細(xì)度規(guī)模應(yīng)在2.6～2.9之間。工程實(shí)踐證明，采用平均粒徑較大的中粗砂，相對(duì)于細(xì)沙，每平方米可減少用水量20kg左右，水泥量也可減少26～39kg，方可降低混凝土干縮，減少水化熱，降低混凝土裂縫發(fā)生率。3.2.3摻合料。工程實(shí)踐證明，粉煤灰的水化熱遠(yuǎn)小于水泥，在保證工程質(zhì)量的前提下，通過(guò)摻加適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，減小水泥用量，可有效降低水化熱；優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水性小，有減水作用，可降低混凝土的單位用水量；還可減小混凝土的自身體積收縮，有的還略有膨脹，有利于防裂。另外，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰還能改善混凝土的和易性和可泵性。3.2.4減水劑。摻加減水劑可減低混凝土用水量及水泥用量，降低水化熱反應(yīng)，減緩水化熱釋放速度。與此同時(shí)，熱峰也相對(duì)推遲。緩凝型減水劑還能夠抑制水泥水化，降低水化溫升，降低裂縫發(fā)生率。減水劑對(duì)于水泥顆粒有明顯分散效應(yīng)，可增加混凝土拌和物的流動(dòng)性，提高混凝土強(qiáng)度，提升水泥水化效果。

3.3配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比需在一定原則下，保證混凝土強(qiáng)度及耐久性，計(jì)算施工用量，并適當(dāng)增加用量。力求降低水化熱反應(yīng)，減少裂縫。同時(shí)，優(yōu)化混凝土的生產(chǎn)配合比，最大程度上提升混凝土的流動(dòng)性和和易性，提高施工效率和質(zhì)量。

3.4施工措施

3.4.1降低混凝土的澆筑入模溫度。在混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)在合適的溫度中進(jìn)行澆筑，溫度過(guò)低與過(guò)高對(duì)澆筑質(zhì)量都會(huì)造成一定的影響，若是夏天，可以選擇夜間進(jìn)行澆筑，應(yīng)盡量避免在午間高溫時(shí)澆筑混凝土。材料提前一周進(jìn)行準(zhǔn)備，優(yōu)先采用進(jìn)場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng)的水泥，水泥溫度宜保持在50℃以下；骨料宜搭建廠(chǎng)棚或進(jìn)行覆蓋，避免長(zhǎng)時(shí)間暴曬；拌和用水應(yīng)在混凝土開(kāi)盤(pán)前的1h從深井抽取地下水，蓄水池需在夏天搭建涼棚，避免陽(yáng)光直射。3.4.2優(yōu)化混凝土的澆筑方案?；炷翝仓?，需嚴(yán)格控制初期凝固時(shí)間。常規(guī)情況下，時(shí)間不能超過(guò)12h。除此之外還要保證混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的恒溫，防止裂縫出現(xiàn)[4]。澆筑混凝土過(guò)程中需分層澆筑，可低內(nèi)部溫度進(jìn)行間接散熱，控制混凝土內(nèi)部溫度并開(kāi)展二次收漿，避免表面出現(xiàn)龜裂的情況。3.4.3合理的振搗。在對(duì)混凝土振搗時(shí)，需要使用高頻振動(dòng)器振搗，振動(dòng)器應(yīng)插入下層混凝土5～10cm處，均勻排列與振實(shí)，后振動(dòng)器插點(diǎn)間距應(yīng)試振動(dòng)器半徑的1.5倍，不可對(duì)模板與鋼筋造成損傷。振搗時(shí)間可在15s，待平坦后停止。3.4.4溫控檢測(cè)，埋設(shè)冷卻管。大體積混凝土在澆灌前，可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)埋一定數(shù)量的冷卻管，在合理位置上布置測(cè)溫點(diǎn)，冷卻管和測(cè)溫點(diǎn)的位置和間距需根據(jù)實(shí)際情況確定。溫控措施圓滿(mǎn)完成后也能夠高標(biāo)號(hào)灌漿料堵實(shí)，后根據(jù)測(cè)得溫度向預(yù)埋的管內(nèi)注入一定冷卻水，保證溫差小于25℃，利用循環(huán)水帶走水化熱；冷卻水的流量應(yīng)控制，保證降溫速率不大于15/d。盡管這種方法需要增加一些成本，卻是降低大體積混凝土水化熱溫度最為有效的措施。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁工程中對(duì)大體積混凝土非荷載裂縫進(jìn)行控制，能夠有效提升橋梁施工質(zhì)量，對(duì)整體橋梁后期投用有較好的質(zhì)量保障。雖然大體積混凝土產(chǎn)生裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以有效控制的，我們?cè)跇蛄菏┕r(shí)需要根據(jù)具體施工環(huán)境，及時(shí)采用有效的施工技術(shù)進(jìn)行裂縫控制，有效提升橋梁的整體性、耐久性和安全性，保證橋梁施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃林毅.淺析橋梁工程中大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2013（5）：159.

[2]蔡愛(ài)林.淺析橋梁大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（7）：76.

[3]楊敏劍.高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].價(jià)值工程，2011（32）：101.

[4]陳玉光.淺談橋梁工程中大體積混凝土裂縫的成因與控制[J].科學(xué)之友，2012（14）：73-74.

作者:李慶 單位:徐州市公路工程總公司