如何控制橋梁工程中大體積混凝土裂縫
| 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 1. 前言 隨著橋梁技術(shù)的突飛猛進(jìn)，大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的越來越多。我國普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范規(guī)定：混凝土結(jié)構(gòu)物中實體最小尺寸不小于1 m的部位所用的混凝土即為大體積混凝土；美國則規(guī)定為：任何現(xiàn)澆混凝土，只要有可能產(chǎn)生溫度影響的混凝土均稱為大體積混凝土。目前，國內(nèi)外對機械荷載引起的開裂問題研究得較為透徹。而對溫度荷載引起得有關(guān)裂縫的研究尚不充分。我們應(yīng)對此加以重視，防止危害結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生。另外對于大體積混凝土內(nèi)溫度應(yīng)力與裂縫控制也多集中在水利工程中的大壩、高層建筑的深基礎(chǔ)底板。而對于橋梁中大體積混凝土的裂縫的研究并未得到足夠的重視。 2. 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： 2.1 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／m ～550kg／m3來計算，每立方米混凝土將釋放出17 500KJ～27 500的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高(可達(dá)70℃左右，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。 2.2 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)而引起的干縮變形。 [Page] 2.3 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?；炷羶?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。 2.4 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。 混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，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。 3. 大體積混凝土施工質(zhì)量控制措施 3.1 大體積混凝土配合比設(shè)計 3.1.1 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。在可泵送情況下粗骨料，選用粒徑5—20 mm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。 3.1.2 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。 3.2 溫控措施及施工現(xiàn)場控制 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，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) 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?；炷辆鶆蛎軐崳蛔龊矛F(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；澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進(jìn)行必要的處理，一般澆筑后3～4h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)。 [Page] 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。 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。 5) 通水冷卻。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。 3.3 構(gòu)造設(shè)計上對大體積混凝土采取防裂措施 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) 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。 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。 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。 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%～0．5%之間。在混凝土表面增設(shè)金屬擴(kuò)張網(wǎng)等有效措施，有效地提高混凝土抗裂性能。 4. 結(jié)束語 在控制大體積混凝土溫度裂縫時既要控制混凝土的內(nèi)外溫差又要防止混凝土表面溫度的突然變化。重視溫度監(jiān)測，實際施工中應(yīng)隨時監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度和內(nèi)外溫差的變化趨勢，并據(jù)此來調(diào)整溫控措施，確?；炷敛婚_裂。影響大體積混凝土開裂的因素很多，應(yīng)從造成裂縫的各種原因著手，采取全面防治措施，并根據(jù)工程具體情況確定防裂重點。 參考文獻(xiàn)： [1] 高粱. 橋梁工程大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生原因及控制方法, 河南科技, 2007第5期. [2] 崔會林. 橋梁大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其控制措施, 黑龍江科技信息, 2007年第3期. |
| 原作者： 龔志剛 |
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