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摘 要：随着桥梁技术的飞速发展，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越广泛。大体积混凝土常见的质量问题就是混凝土结构产生裂缝。为了防止裂缝，我们不但要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。本文从设计，原材料选择和施工方面理论性总结和介绍了桥梁大体积混凝土施工的质量控制。
关键词： 桥梁工程；大体积混凝土；混凝土裂缝；施工措施
中图分类号：K928文献标识码： A
就目前来说，伴随着我国基础交通行业的迅速发展，一些大型、特大型公路桥粱不断涌现，大体积混凝土已经成为大型桥梁工程建设中所必须面对的问题。例如，斜拉桥中的塔墩承台和悬索桥中的锚碳等。但这里面不容忽视的问题是，由于大体积混凝土固化过程中产生较大的温度和收缩应力，会导致混凝土出现裂缝，影响结构的整体性和耐久性。因此，在公路桥梁大体积混凝土工程建设过程中，施工人员必须严格控制大体积混凝土的施工措施，采取科学的施工方法。文章结合笔者的实际工作经验对这方面进行论述，供同行参考。
1、大体积混凝土的定义
大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1㎡以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。其实质是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。
2、 大体积混凝土裂缝产生的原因
2.1 水泥水化热引起的温度应力和温度变形
水泥在水化过程中产生了大量的热量, 因而使混凝土内部温度升高,当混凝土内部与表面温差过大时,就会产生温度应力。温差越大,温度应力越大,当温度应力超过混凝土内外约束力时,混凝土表面就会产生裂缝。混凝土内部温度和水泥用量有关,同时与混凝土厚度有关,水泥量越大,混凝土越厚,内部温度就会越高。所以防止裂缝关键是控制表面与内部的温度差。
2.2 外界气温变化的影响
大体积混凝土结构在施工阶段,外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的关系。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。外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度下降,特别是气温下降很快,会大大增加大体积混凝土的内外温度梯度,造成很大的温度应力,很容易使混凝土开裂。
2.3 混凝土收缩变形的影响
混凝土中的80%水分要蒸发,约20%的水分是水泥硬化所需要的,最初的30%的自由水分几乎引起收缩,随着混凝土在空气中陆续干燥而使水分逸出,混凝土就会出现干燥收缩的现象。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3种。在硬化初期主要是水泥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。
2.4 内外约束条件的影响
混凝土在早期温度上升时,产生膨胀受到约束而形成压应力,温度下降时产生较大的拉应力,如果拉应力超过混凝土的抗拉强度,就会产生垂直裂缝。混凝土内部由于水泥水化热的原因,形成力中心温度高,热膨胀大,因而在其中部产生压应力,在表面产生拉应力。
2.5 由于施工工艺质量引起的裂缝
1)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面,导致钢筋锈蚀或其他荷载是引起裂缝的原因。
2)混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。
3)混凝土保护层过厚,已绑扎的上层钢筋不符合要求,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
4)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或者因为其他原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
5)混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
6)施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
7)施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。
3、施工措施
3.1工程介绍。某地区市政桥梁为单塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径为705 m ，门型主塔，主塔承台哑铃形尺寸为2 ×（19 m ×19 m ×6 m） + （31 m×8 m ×6 m） ，C30 混凝土共计5 820 m3 ，混凝土数量和结构体积均较大，如何防止承台混凝土开裂成为本分部工程的重点，为此对大体积混凝土裂缝成因进行了分析，施工中采取了一些针对性的措施，最后成功完成了该承台工程的施工。
3.2材料选用。根据上面工程的实际情况，我们分析可得知：在原材料的选用方面上，我们根据相关专用技术规范的要求，参考有关资料、向专家咨询、对该地区各种原材料的产量等，初步确定了采用的原材料。
3.3大体积混凝土温度和温度应力控制。根据工程设计要求，我们对基础底板混凝土进行温度检测。一般在混凝土浇筑后3d左右产生，以后趋于稳定不在升温，并且开始逐步降温。规范规定，对大体积混凝土养护，应根据气候条件采取控温措施，将温差控制在设计要求的范围内；当设计无具体，要求时，温差不宜超过25度。
3.4粗细骨料选择。在这方面细骨料应选用细度模数在2.7～3.1之间的含泥量低的中粗砂，选择合理的砂率；砂率过大，细骨料多，粗骨料少，增加了收缩，对抗裂不利，砂率宜为0.33。
3.5水泥品种的选择。优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等，而不要采用早强型水泥。
3.6混凝土运输和浇筑。
混凝土入模坍落度应根据规范要求、泵送和施工工序时间安排综合确定。对于预拌混凝土，泵送前必须在罐车内高速搅拌，以保证混凝土的均匀性。大体积混凝土施工前，必须正确评估运送量及浇捣速度，准确计算混凝土输出量，以保证混凝土浇注的合理衔接时间，特别是分层浇注应注意两层衔接必须在混凝土初凝前完成。分层浇注还应注意在上层混凝土振捣时，应将振动棒插入下层混凝土表面之下，以消除分层界面。浇捣时，按规范控制混凝土自由倾落，以保证混凝土不致因高空抛落被钢筋分散。振捣时，振动棒应快插慢拔，按顺序进行，不应遗漏或根据振捣棒作用半径经实际操作验证确定。特殊情况下使用钢模时，必须用聚苯板将钢模外表面填充覆盖严密，并采取有效的防风措施。
3.7施工现场温控监测。在施工中，除应进行水泥水化热的测定外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土温度的监测，在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差等监测。监测的规模可根据所施工工程的重要性和施工经验确定，测温的方法可采用先進的测温方法，如有经验也可采用简易测温方法。
3.8养护方法。对于大体积混凝土，一般采用通水冷却、蓄水养生、保温养护等措施。采用表面全保温养护法，即利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差，这是一种比较简便有效的温度控制方法。
结语
经过上述桥梁大体积混凝土的裂缝分析及施工措施的探讨，我们得知大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都比较复杂，施工时应十分慎重，否则会造成结构永久缺陷。组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题需逐个解决。就上面的案例来说，承台混凝土的质量得到了保证，使混凝土套箱的裂缝得到了有效的控制，效果十分理想。采用混凝土套箱施工的承台，浇筑一步结构混凝土施工后，无裂缝出现，浇注二步结构混凝土后，只有少数承台，在套箱外侧表面顶部以下有少量长度10cm～30cm，宽度不大于0.1mm的竖向裂缝，属于无害裂缝范畴。采用钢套箱工艺施工的37个承台结构混凝土一次浇注成型，一次浇注量达380m3，均无裂缝产生。
参考文献
[1]唐俊雄，周成海.大体积混凝土施工质量控制[J]. 科技创新与应用，2012（13）.
[2]周兴.嫩江公路大桥大体积混凝土裂缝产生的形式、原因及防治措施[J].林业科技情报，2011（03）.
[3]吴良群.桥梁工程中大体积混凝土裂缝的诸多因素及防治措施[J].广东建材，2011（08）.
[4]陈小克.桥梁施工中大体积混凝土裂缝控制措施分析[J].华章，2011（21）.
关键词： 桥梁工程；大体积混凝土；混凝土裂缝；施工措施
中图分类号：K928文献标识码： A
就目前来说，伴随着我国基础交通行业的迅速发展，一些大型、特大型公路桥粱不断涌现，大体积混凝土已经成为大型桥梁工程建设中所必须面对的问题。例如，斜拉桥中的塔墩承台和悬索桥中的锚碳等。但这里面不容忽视的问题是，由于大体积混凝土固化过程中产生较大的温度和收缩应力，会导致混凝土出现裂缝，影响结构的整体性和耐久性。因此，在公路桥梁大体积混凝土工程建设过程中，施工人员必须严格控制大体积混凝土的施工措施，采取科学的施工方法。文章结合笔者的实际工作经验对这方面进行论述，供同行参考。
1、大体积混凝土的定义
大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于1㎡以上的混凝土结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。其实质是由于混凝土中水泥水化要产生热量，大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快，造成内外温差过大，其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。
2、 大体积混凝土裂缝产生的原因
2.1 水泥水化热引起的温度应力和温度变形
水泥在水化过程中产生了大量的热量, 因而使混凝土内部温度升高,当混凝土内部与表面温差过大时,就会产生温度应力。温差越大,温度应力越大,当温度应力超过混凝土内外约束力时,混凝土表面就会产生裂缝。混凝土内部温度和水泥用量有关,同时与混凝土厚度有关,水泥量越大,混凝土越厚,内部温度就会越高。所以防止裂缝关键是控制表面与内部的温度差。
2.2 外界气温变化的影响
大体积混凝土结构在施工阶段,外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的关系。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。外界气温愈高,混凝土的浇筑温度也就会愈高;如果外界温度下降,特别是气温下降很快,会大大增加大体积混凝土的内外温度梯度,造成很大的温度应力,很容易使混凝土开裂。
2.3 混凝土收缩变形的影响
混凝土中的80%水分要蒸发,约20%的水分是水泥硬化所需要的,最初的30%的自由水分几乎引起收缩,随着混凝土在空气中陆续干燥而使水分逸出,混凝土就会出现干燥收缩的现象。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3种。在硬化初期主要是水泥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。
2.4 内外约束条件的影响
混凝土在早期温度上升时,产生膨胀受到约束而形成压应力,温度下降时产生较大的拉应力,如果拉应力超过混凝土的抗拉强度,就会产生垂直裂缝。混凝土内部由于水泥水化热的原因,形成力中心温度高,热膨胀大,因而在其中部产生压应力,在表面产生拉应力。
2.5 由于施工工艺质量引起的裂缝
1)混凝土振捣不密实、不均匀,出现蜂窝、麻面,导致钢筋锈蚀或其他荷载是引起裂缝的原因。
2)混凝土浇筑过快,混凝土流动性较低,在硬化前因混凝土沉实不足,硬化后沉实过大,容易在浇筑数小时后发生裂缝,即塑性收缩裂缝。
3)混凝土保护层过厚,已绑扎的上层钢筋不符合要求,使承受负弯矩的受力筋保护层加厚,导致构件的有效高度减小,形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。
4)用泵送混凝土施工时,为保证混凝土的流动性,增加水和水泥用量,或者因为其他原因加大了水灰比,导致混凝土凝结硬化时收缩量增加,使得混凝土体积上出现不规则裂缝。
5)混凝土早期受冻,使构件表面出现裂纹,或局部剥落,或脱模后出现空鼓现象。
6)施工时拆模过早,混凝土强度不足,使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。
7)施工时模板刚度不足,在浇筑混凝土时,由于侧向压力的作用使得模板变形,产生与模板变形一致的裂缝。
3、施工措施
3.1工程介绍。某地区市政桥梁为单塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径为705 m ，门型主塔，主塔承台哑铃形尺寸为2 ×（19 m ×19 m ×6 m） + （31 m×8 m ×6 m） ，C30 混凝土共计5 820 m3 ，混凝土数量和结构体积均较大，如何防止承台混凝土开裂成为本分部工程的重点，为此对大体积混凝土裂缝成因进行了分析，施工中采取了一些针对性的措施，最后成功完成了该承台工程的施工。
3.2材料选用。根据上面工程的实际情况，我们分析可得知：在原材料的选用方面上，我们根据相关专用技术规范的要求，参考有关资料、向专家咨询、对该地区各种原材料的产量等，初步确定了采用的原材料。
3.3大体积混凝土温度和温度应力控制。根据工程设计要求，我们对基础底板混凝土进行温度检测。一般在混凝土浇筑后3d左右产生，以后趋于稳定不在升温，并且开始逐步降温。规范规定，对大体积混凝土养护，应根据气候条件采取控温措施，将温差控制在设计要求的范围内；当设计无具体，要求时，温差不宜超过25度。
3.4粗细骨料选择。在这方面细骨料应选用细度模数在2.7～3.1之间的含泥量低的中粗砂，选择合理的砂率；砂率过大，细骨料多，粗骨料少，增加了收缩，对抗裂不利，砂率宜为0.33。
3.5水泥品种的选择。优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等，而不要采用早强型水泥。
3.6混凝土运输和浇筑。
混凝土入模坍落度应根据规范要求、泵送和施工工序时间安排综合确定。对于预拌混凝土，泵送前必须在罐车内高速搅拌，以保证混凝土的均匀性。大体积混凝土施工前，必须正确评估运送量及浇捣速度，准确计算混凝土输出量，以保证混凝土浇注的合理衔接时间，特别是分层浇注应注意两层衔接必须在混凝土初凝前完成。分层浇注还应注意在上层混凝土振捣时，应将振动棒插入下层混凝土表面之下，以消除分层界面。浇捣时，按规范控制混凝土自由倾落，以保证混凝土不致因高空抛落被钢筋分散。振捣时，振动棒应快插慢拔，按顺序进行，不应遗漏或根据振捣棒作用半径经实际操作验证确定。特殊情况下使用钢模时，必须用聚苯板将钢模外表面填充覆盖严密，并采取有效的防风措施。
3.7施工现场温控监测。在施工中，除应进行水泥水化热的测定外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土温度的监测，在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差等监测。监测的规模可根据所施工工程的重要性和施工经验确定，测温的方法可采用先進的测温方法，如有经验也可采用简易测温方法。
3.8养护方法。对于大体积混凝土，一般采用通水冷却、蓄水养生、保温养护等措施。采用表面全保温养护法，即利用保温材料提高新浇筑的混凝土表面和四周温度，减少混凝土的内外温差，这是一种比较简便有效的温度控制方法。
结语
经过上述桥梁大体积混凝土的裂缝分析及施工措施的探讨，我们得知大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都比较复杂，施工时应十分慎重，否则会造成结构永久缺陷。组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题需逐个解决。就上面的案例来说，承台混凝土的质量得到了保证，使混凝土套箱的裂缝得到了有效的控制，效果十分理想。采用混凝土套箱施工的承台，浇筑一步结构混凝土施工后，无裂缝出现，浇注二步结构混凝土后，只有少数承台，在套箱外侧表面顶部以下有少量长度10cm～30cm，宽度不大于0.1mm的竖向裂缝，属于无害裂缝范畴。采用钢套箱工艺施工的37个承台结构混凝土一次浇注成型，一次浇注量达380m3，均无裂缝产生。
参考文献
[1]唐俊雄，周成海.大体积混凝土施工质量控制[J]. 科技创新与应用，2012（13）.
[2]周兴.嫩江公路大桥大体积混凝土裂缝产生的形式、原因及防治措施[J].林业科技情报，2011（03）.
[3]吴良群.桥梁工程中大体积混凝土裂缝的诸多因素及防治措施[J].广东建材，2011（08）.
[4]陈小克.桥梁施工中大体积混凝土裂缝控制措施分析[J].华章，2011（21）.