论文部分内容阅读
【摘 要】桥梁工程施工中，如果混凝土构件出现裂缝，就会影响混凝土构件的刚度和桥梁的整体抵抗能力，即使裂缝的出现不会导致混凝土构件的破坏或桥梁的倒塌，也会影响到桥梁外观，当裂缝宽度超出一定限度时，也会造成钢筋锈蚀，影响结构构件的耐久性能。本文结合本工程实际介绍大体积混凝土工程施工中几种常见裂缝的控制方法
【关键词】桥梁施工；大体积混凝土裂缝；裂缝控制
1 概述
西铜高速公路改扩建项目渭河特大桥，双向八车道，单幅桥宽20.4米，主桥从132#墩至143#墩共计11跨，第一联上部结构形式为（69+7×90）米预应力混凝土连续梁，第二联上部结构形式为（90+165+95.25）米预应力混凝土连续刚构。连续刚构142#跨165米是渭河特大桥的关键工程。142#墩承台尺寸为23.8×18.65×5m，共2个，共计混凝土方量4438.7m3 。与普通钢筋混凝土相比, 本工程承台具有结构厚, 体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。为了保证工程的施工质量，建一流的精品工程，树立一流的企业形象，克服施工中的施工难点，积极使用新工艺、新技术来控制大体积承台混凝土裂缝。
大体积承台混凝土在硬化期间, 一方面由于水泥水化过程中将释放出大量的水化热, 使结构件具有“热涨”的特性; 另一方面混凝土硬化时又具有“收缩”的特性, 两者相互作用的结果将直接破坏混凝土结构, 导致结构出现裂缝。因而在混凝土硬化过程中,必须采用相应的技术措施, 以控制混凝土硬化时的温度, 保持混凝土内部与外部的合理温差, 使温度应力可控, 避免混凝土出现结构性裂缝。
2 大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土承台结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素如下:
2.1 收缩裂缝。混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量, 用水量和水泥用量越高, 混凝土的收缩就越大。选用的水泥品种不同, 其干缩、收缩的量也不同。
2.2 温度裂缝。 混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后, 水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大, 聚集在内部的水泥水化热不易散发, 混凝土内部温度将显著升高, 而其表面则散热较快, 形成了较大的温度差, 使混凝土内部产生压应力, 表面产生拉应力。此时, 混凝龄期短, 抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度, 则会在混凝土表面产生裂缝。
2.3 沉降裂缝。沉降裂缝主要在混凝土表面沿水平钢筋通长方向出现，分布面比较广，一般在拆模后3d-7d出现，其主要原因在于，若混凝土浇捣时，骨料颗粒下沉，水泥浆上浮，受到钢筋或预埋件或大骨料的阻挡，造成混凝土分离。
2.4 施工裂缝。模板施工不规范，如拆模过早，脱模剂质量差及刷不均匀等均能引起大体积承台混凝土裂缝。
3 大体积混凝土承台结构裂缝的控制措施
3.1 收缩裂缝的控制
收缩裂缝的控制主要在于控制湿度的变化，使结构具有相对稳定的湿度。
加强混凝土的早期养护，混凝土浇筑完后，裸露表面应及时用草垫、草袋或塑料薄膜覆盖，并洒水湿润养护。在气温高、湿度低、风速大的天气应及早覆盖、喷水雾养护，并适当延长养护时间。
加强混凝土表面的抹压，但应注意避免过分抹压。
采用密封保水方法，在混凝土表面覆盖塑料薄膜，使水分不易蒸发，或采用其他养护空气流动（如设挡风墙、罩）、延缓表面水分蒸发的办法。
适当选择配合比，避免水灰比、水泥用量、砂率过大、严格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉强度。
3.2 温度裂缝的控制
在大体积混凝土施工时, 混凝土内部实际温度、混凝土表面温度及混凝土内部与表面温差, 选取适宜的施工工艺、采取相应的降温与养护措施, 从而避免出现混凝土温度裂缝, 以保证混凝土结构的工程质量。
防止混凝土内部约束引起的表面温度裂缝，一般采用控制混凝土表面与外界或内部的温差的方法，使其小于25℃。常用控制措施是：对加热养护的构件，应采用缓慢升降温，使升降温度不大于10℃/h，并注意缓慢揭盖、脱模，避免表面温度应力过大；对大体积结构，当混凝土与外界温差较大时，应采用保温养护，适当延长拆模时间，使温差控制在25℃以内。
预防结构受外部约束引起的混凝土温度裂缝，一般可采取以下几方面的技术措施：
3.2.1 降低水泥水化热。包括: 混凝土的热量主要来自水泥水化热, 因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好;精心设计混凝土配合比, 采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术, 减少每立方米混凝土中的水泥用量, 以达到降低水化热的目的; 选用适宜的骨料, 施工中根据现场条件尽量选用粒径较大, 级配良好的粗骨料;选用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利用混凝土的后期强度, 减少用水量; 严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行塌落度的测量, 将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内, 一般以7～9cm 为最佳;夏季施工时, 在混凝土内部预埋冷却水管,通循环冷却水, 强制降低混凝土水化热温度。冬季施工时, 采用保温措施进行养护;
3.2.2 降低混凝土入模温度。包括: 浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温, 尽量避开炎热天气浇筑。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土, 同时对骨料进行遮阳、洒水降温, 在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施, 以降低混凝土拌和物的入模温度; 掺加相应的缓凝型减水剂; 在混凝土入模时, 还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。同时采用薄层浇筑混凝土，每层厚度不大于30cm，加快热量散发，并使热量分布均匀。
3.2.3 加强施工中的温度控制。包括: 在混凝土浇筑之后, 做好混凝土的保温保湿养护, 以使混凝土缓缓降温, 充分发挥其徐变特性, 减低温度应力。夏季应坚决避免曝晒, 注意保湿; 冬季应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度变化; 采取长时间的养护, 确定合理的拆模时间, 以延缓降温速度, 延长降温时间, 充分发挥混凝土的“应力松弛效应”; 加强测温和温度监测。可采用热敏温度计监测或专人多点监测, 以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差应控制在25℃以内, 基面温差和基底面温差均控制在20℃以内, 并及时调整保温及养护措施, 使混凝土的温度梯度和湿度不致过大, 以有效控制有害裂缝的出现; 合理安排施工程序, 混凝土在浇筑过程中应均匀上升, 避免混凝土堆积高差过大。在结构完成后及时回填土, 避免其侧面长期暴露。
3.2.4 提高混凝土的抗拉强度。包括: 大体积基础采取分层分块浇筑，控制集料含泥量。砂、石含泥量过大, 不仅增加混凝土的收缩, 而且降低混凝土的抗拉强度, 对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时选择良好级配的粗骨料必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响; 改善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法; 加强早期养护, 提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量; 在大体积混凝土基础表面布置防裂钢筋网片, 以改善应力分布, 防止裂缝的出现。
避免降温与干缩共同作用导致的应力叠加；在混凝土中掺加水泥用量5%-10%的VEA混凝土微膨胀剂，以抵消由于干缩和降温引起的混凝土收缩，控制混凝土开裂。
采取“双控计算”措施，即在浇筑混凝土前按施工条件和拟采取的防裂控制措施，计算可能产生的最大降温收缩拉应力，当发现超过计算龄期的混凝土抗拉强度时，调整所采取的措施使应力控制在允许范围内；混凝土浇筑后，应根据实测温度和温度升降曲线，计算每阶段降温时混凝土累计拉应力，当其大于该龄期的混凝土抗拉极限强度时，应采取保温养护措施，使各阶段降温时混凝土的累计拉应力小于该龄期混凝土允许的抗拉强度，以控制裂缝出现。
3.3 沉降裂缝的控制：
在桥梁工程施工中，防止出现沉降裂缝，一般采取的措施为：在混凝土施工时应注意布点下料的位置尽量要少；振捣下层钢筋时可轻轻地对上部钢筋进行振动，尽量减少上部钢筋粘带水泥浆；浇筑混凝土以前可对钢筋及模板用水湿润，降低钢筋及模板的温度；夏季混凝土浇筑尽量选在早晨或晚间温度较凉爽时；施工时应严格控制钢筋的保护层厚度。
混凝土浇筑时应严格控制振捣时间，振捣充分，且分层间隔不宜过长。
3.4 施工裂缝的控制
木模板浇水湿透，防止胀模将混凝土拉裂。模板应选用有效的隔离剂并刷均匀，达到设计及规范拆模强度后在拆模。起模前先用斤顶均匀松动，再平缓起吊；混凝土冬期施工在掺加氯盐早强剂。
4 结束语：
通过以上措施本工程大体积混凝土承台裂缝得到很好的控制，施工质量得到了提高。由于混凝土裂缝产生的原因较为复杂，应根据具体情况和条件，采取其中一种或数种措施。在具体施工中，要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防控制措施，减少混凝土的裂缝的出现。
参考文献：
[1] JTJ041- 2000，公路桥涵施工技术规范[S]。
[2] 潘伟兵.长大桥梁的裂缝影响分析[J].公路交通科技，2006。
[3] 周国均，等.混凝土工程裂缝调查及外强加固规程[M].北京：地震出版社，1992。
[4] 彭圣浩.建筑工程质量通病防治手册。（第3版），北京：中国建筑工业出版社，2002。
【关键词】桥梁施工；大体积混凝土裂缝；裂缝控制
1 概述
西铜高速公路改扩建项目渭河特大桥，双向八车道，单幅桥宽20.4米，主桥从132#墩至143#墩共计11跨，第一联上部结构形式为（69+7×90）米预应力混凝土连续梁，第二联上部结构形式为（90+165+95.25）米预应力混凝土连续刚构。连续刚构142#跨165米是渭河特大桥的关键工程。142#墩承台尺寸为23.8×18.65×5m，共2个，共计混凝土方量4438.7m3 。与普通钢筋混凝土相比, 本工程承台具有结构厚, 体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。为了保证工程的施工质量，建一流的精品工程，树立一流的企业形象，克服施工中的施工难点，积极使用新工艺、新技术来控制大体积承台混凝土裂缝。
大体积承台混凝土在硬化期间, 一方面由于水泥水化过程中将释放出大量的水化热, 使结构件具有“热涨”的特性; 另一方面混凝土硬化时又具有“收缩”的特性, 两者相互作用的结果将直接破坏混凝土结构, 导致结构出现裂缝。因而在混凝土硬化过程中,必须采用相应的技术措施, 以控制混凝土硬化时的温度, 保持混凝土内部与外部的合理温差, 使温度应力可控, 避免混凝土出现结构性裂缝。
2 大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土承台结构裂缝的发生是由多种因素引起的。各类裂缝产生的主要影响因素如下:
2.1 收缩裂缝。混凝土的收缩引起收缩裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量, 用水量和水泥用量越高, 混凝土的收缩就越大。选用的水泥品种不同, 其干缩、收缩的量也不同。
2.2 温度裂缝。 混凝土内外部温差过大会产生裂缝。主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。浇筑后, 水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大, 聚集在内部的水泥水化热不易散发, 混凝土内部温度将显著升高, 而其表面则散热较快, 形成了较大的温度差, 使混凝土内部产生压应力, 表面产生拉应力。此时, 混凝龄期短, 抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度, 则会在混凝土表面产生裂缝。
2.3 沉降裂缝。沉降裂缝主要在混凝土表面沿水平钢筋通长方向出现，分布面比较广，一般在拆模后3d-7d出现，其主要原因在于，若混凝土浇捣时，骨料颗粒下沉，水泥浆上浮，受到钢筋或预埋件或大骨料的阻挡，造成混凝土分离。
2.4 施工裂缝。模板施工不规范，如拆模过早，脱模剂质量差及刷不均匀等均能引起大体积承台混凝土裂缝。
3 大体积混凝土承台结构裂缝的控制措施
3.1 收缩裂缝的控制
收缩裂缝的控制主要在于控制湿度的变化，使结构具有相对稳定的湿度。
加强混凝土的早期养护，混凝土浇筑完后，裸露表面应及时用草垫、草袋或塑料薄膜覆盖，并洒水湿润养护。在气温高、湿度低、风速大的天气应及早覆盖、喷水雾养护，并适当延长养护时间。
加强混凝土表面的抹压，但应注意避免过分抹压。
采用密封保水方法，在混凝土表面覆盖塑料薄膜，使水分不易蒸发，或采用其他养护空气流动（如设挡风墙、罩）、延缓表面水分蒸发的办法。
适当选择配合比，避免水灰比、水泥用量、砂率过大、严格控制砂、石的含泥量，避免使用粉砂，以提高混凝土抗拉强度。
3.2 温度裂缝的控制
在大体积混凝土施工时, 混凝土内部实际温度、混凝土表面温度及混凝土内部与表面温差, 选取适宜的施工工艺、采取相应的降温与养护措施, 从而避免出现混凝土温度裂缝, 以保证混凝土结构的工程质量。
防止混凝土内部约束引起的表面温度裂缝，一般采用控制混凝土表面与外界或内部的温差的方法，使其小于25℃。常用控制措施是：对加热养护的构件，应采用缓慢升降温，使升降温度不大于10℃/h，并注意缓慢揭盖、脱模，避免表面温度应力过大；对大体积结构，当混凝土与外界温差较大时，应采用保温养护，适当延长拆模时间，使温差控制在25℃以内。
预防结构受外部约束引起的混凝土温度裂缝，一般可采取以下几方面的技术措施：
3.2.1 降低水泥水化热。包括: 混凝土的热量主要来自水泥水化热, 因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好;精心设计混凝土配合比, 采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术, 减少每立方米混凝土中的水泥用量, 以达到降低水化热的目的; 选用适宜的骨料, 施工中根据现场条件尽量选用粒径较大, 级配良好的粗骨料;选用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利用混凝土的后期强度, 减少用水量; 严格控制混凝土的塌落度。在现场设专人进行塌落度的测量, 将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内, 一般以7～9cm 为最佳;夏季施工时, 在混凝土内部预埋冷却水管,通循环冷却水, 强制降低混凝土水化热温度。冬季施工时, 采用保温措施进行养护;
3.2.2 降低混凝土入模温度。包括: 浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温, 尽量避开炎热天气浇筑。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土, 同时对骨料进行遮阳、洒水降温, 在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施, 以降低混凝土拌和物的入模温度; 掺加相应的缓凝型减水剂; 在混凝土入模时, 还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。同时采用薄层浇筑混凝土，每层厚度不大于30cm，加快热量散发，并使热量分布均匀。
3.2.3 加强施工中的温度控制。包括: 在混凝土浇筑之后, 做好混凝土的保温保湿养护, 以使混凝土缓缓降温, 充分发挥其徐变特性, 减低温度应力。夏季应坚决避免曝晒, 注意保湿; 冬季应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度变化; 采取长时间的养护, 确定合理的拆模时间, 以延缓降温速度, 延长降温时间, 充分发挥混凝土的“应力松弛效应”; 加强测温和温度监测。可采用热敏温度计监测或专人多点监测, 以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。混凝土内外温差应控制在25℃以内, 基面温差和基底面温差均控制在20℃以内, 并及时调整保温及养护措施, 使混凝土的温度梯度和湿度不致过大, 以有效控制有害裂缝的出现; 合理安排施工程序, 混凝土在浇筑过程中应均匀上升, 避免混凝土堆积高差过大。在结构完成后及时回填土, 避免其侧面长期暴露。
3.2.4 提高混凝土的抗拉强度。包括: 大体积基础采取分层分块浇筑，控制集料含泥量。砂、石含泥量过大, 不仅增加混凝土的收缩, 而且降低混凝土的抗拉强度, 对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时选择良好级配的粗骨料必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响; 改善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法; 加强早期养护, 提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量; 在大体积混凝土基础表面布置防裂钢筋网片, 以改善应力分布, 防止裂缝的出现。
避免降温与干缩共同作用导致的应力叠加；在混凝土中掺加水泥用量5%-10%的VEA混凝土微膨胀剂，以抵消由于干缩和降温引起的混凝土收缩，控制混凝土开裂。
采取“双控计算”措施，即在浇筑混凝土前按施工条件和拟采取的防裂控制措施，计算可能产生的最大降温收缩拉应力，当发现超过计算龄期的混凝土抗拉强度时，调整所采取的措施使应力控制在允许范围内；混凝土浇筑后，应根据实测温度和温度升降曲线，计算每阶段降温时混凝土累计拉应力，当其大于该龄期的混凝土抗拉极限强度时，应采取保温养护措施，使各阶段降温时混凝土的累计拉应力小于该龄期混凝土允许的抗拉强度，以控制裂缝出现。
3.3 沉降裂缝的控制：
在桥梁工程施工中，防止出现沉降裂缝，一般采取的措施为：在混凝土施工时应注意布点下料的位置尽量要少；振捣下层钢筋时可轻轻地对上部钢筋进行振动，尽量减少上部钢筋粘带水泥浆；浇筑混凝土以前可对钢筋及模板用水湿润，降低钢筋及模板的温度；夏季混凝土浇筑尽量选在早晨或晚间温度较凉爽时；施工时应严格控制钢筋的保护层厚度。
混凝土浇筑时应严格控制振捣时间，振捣充分，且分层间隔不宜过长。
3.4 施工裂缝的控制
木模板浇水湿透，防止胀模将混凝土拉裂。模板应选用有效的隔离剂并刷均匀，达到设计及规范拆模强度后在拆模。起模前先用斤顶均匀松动，再平缓起吊；混凝土冬期施工在掺加氯盐早强剂。
4 结束语：
通过以上措施本工程大体积混凝土承台裂缝得到很好的控制，施工质量得到了提高。由于混凝土裂缝产生的原因较为复杂，应根据具体情况和条件，采取其中一种或数种措施。在具体施工中，要靠我们多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防控制措施，减少混凝土的裂缝的出现。
参考文献：
[1] JTJ041- 2000，公路桥涵施工技术规范[S]。
[2] 潘伟兵.长大桥梁的裂缝影响分析[J].公路交通科技，2006。
[3] 周国均，等.混凝土工程裂缝调查及外强加固规程[M].北京：地震出版社，1992。
[4] 彭圣浩.建筑工程质量通病防治手册。（第3版），北京：中国建筑工业出版社，2002。