桥梁大体积混凝土裂缝原因及控制措施分析

桥梁大体积混凝土裂缝原因及控制措施分析

周运广

贵州路桥集团有限公司 贵州 贵阳

摘要：桥梁大体积混凝土裂缝的出现，不仅影响桥梁结构的美观性，还会降低桥梁结构强度和抗压能力，影响桥梁结构的安全使用。在桥梁大体积混凝土施工中，裂缝成因较为复杂，需做好多项要素控制工作。因此，关于桥梁大体积混凝土裂缝原因及控制措施的分析具有鲜明现实意义。

关键词：桥梁工程；大体积混凝土；裂缝原因；控制措施

中图分类号：U455

文献标识码：A

引言

在道路桥梁工程规模扩大背景下，大体积混凝土广泛用于桥梁施工中，涉及墩柱、承台等多个结构，裂缝是大体积混凝土的常见质量问题，需做好裂缝控制工作，保障施工质量。

1桥梁大体积混凝土裂缝成因

1.1水泥水化热

在大体积混凝土施工中，水泥为主要原料之一，使用量大。水泥在水化过程中，产生一定热量，由于大体积混凝土截面尺寸大，产生的水化热难以在短时间内扩散，使热量聚集于大体积混凝土内部，提高大体积混凝土内部温度。相关数据调查显示，1g普通硅酸盐水泥水化产生的热量约500J，在大体积混凝土施工中，水泥在前1~3d内，产生的水化热最多；在3~5d时，可使大体积混凝土内部温度达20℃~30℃。在大体积混凝土升温过程中，混凝土并未完全硬化，弹性模量数值偏低，产生的拉应力较小，混凝土表面出现裂缝；在混凝土龄期增长后，硬化程度增加，弹性模量增加，产生的拉应力变大，在拉应力超过大体积混凝土的抗拉强度时，即出现温度裂缝，严重时裂缝可贯穿整个混凝土结构。

1.2内外温差

在大体积混凝土施工中，结构内外部温差会影响混凝土结构的温度应力，影响裂缝的出现。大体积混凝土的外部温度即为施工现场的温度，内部温度分为3部分，水泥产生的水化热会提高大体积混凝土内部温度；混凝土浇筑温度及结构物的散热温度，也会影响大体积混凝土内部温度。如施工现场环境温度高，则混凝土浇筑温度高；如施工现场环境温度骤降，则混凝土内外结构的温差梯度显著提升，进而使大体积混凝土温度应力超标，引发温度裂缝。相关实验数据显示，在大体积混凝土中，内部温度最高为60℃~65℃，部分特殊情况下甚至可达到90℃，且大都在一段时间内保持高温状态，加大温度裂缝出现概率。在此基础上，应做好施工现场温度控制工作，避免内外温差过大，引发裂缝。

1.3约束条件

在大体积混凝土内外温差影响下，结构出现收缩变化，抑制混凝土结构收缩变化的阻力约束即为约束条件。大体积混凝土内外部的约束条件不同，分别称为内约束和外约束，前者是指混凝土内部结构各个模块的约束；后者是指混凝土外部的约束。通常来说，大体积混凝土的外约束包括自由体、弹性约束、全约束3种，在全约束条件下，大体积混凝土的形变由内外部位温差和混凝土线膨胀系数决定，如形变超过混凝土的极限拉伸值，混凝土会出现裂缝。但在大部分大体积混凝土施工情况下，难以呈现出全约束条件，且大体积混凝土可能出现徐变变形现象。为避免裂缝出现，应通过各项施工要素调节与控制，改善约束条件，控制大体积混凝土变形的出现。

2桥梁大体积混凝土裂缝控制措施

2.1做好现场温度控制

考虑到内外温差对大体积混凝土裂缝的影响，应做好施工现场温度控制工作，将大体积混凝土内外部温差控制在一定范围内，避免温度裂缝的出现。以某桥梁工程为例，在施工前根据桥梁工程参数要求，明确大体积混凝土内外部温差应控制在20℃内，采取如下措施进行现场温度控制：第一，内部降温。在大体积混凝土浇筑施工前，预埋冷却水管，选用φ48的铁管，承台共铺设12层，每层冷却水管的距离为1.2 m。在混凝土浇筑24h后，即水泥产生水化热提高大体积混凝土内部温度后，向冷却水管内通入冷水，以此降低大体积混凝土内部温度。为确保内外部温差＜20℃，于冷却水管的出水口设置传感器，检测出水的水温和压力，要求出水水温＜40℃。第二，保温保湿养护。为避免大体积混凝土出现温度裂缝，在大体积混凝土表层出现降温后，立即实施保温保湿养护。按照从顶层向外的顺序，分别为塑料膜、麻袋、塑料膜、麻袋。贴近顶层的塑料膜用于保湿，中间层的塑料膜用于隔离低温雨水，避免降雨影响大体积混凝土硬化。同时，使用塑料薄膜覆盖在模板外侧，避免混凝土表层热量扩散在空气中，提高混凝土表面温度，降低内外温差；在混凝土强度差超过0.5MPa后，在墩身顶面结构外侧砌筑一圈砖块，预留小孔，控制排放的冷却水流到大体积混凝土侧面，提高表面温度。上述养护操作持续14d，有效避免大体积混凝土出现早中期温度裂缝。

2.2优化混凝土施工工艺

基于约束条件对大体积混凝土裂缝的影响，应优化混凝土施工工艺，在施工前探究如何调整混凝土施工要素，优化约束条件，规避裂缝的出现。以某桥梁工程为例，以大体积混凝土为底板结构，优化设计施工方案，形成约束条件，预防裂缝。

第一，设置温度钢筋。根据底板施工方案，明确混凝土表面保护层的深度为83mm，侧面保护层的深度为108mm，在保护层中设置温度钢筋，加强混凝土结构的阻力约束，控制表面裂缝。细化来说，在保护层内铺设φ12@152mm的钢筋网片温度钢筋，并在大体积混凝土的外形突变区域、应力集中区域增设构造配筋，取得理想裂缝控制效果。另外，为避免大体积混凝土出现应力集中现象，可在孔洞、转角等区域，增设钢筋网片、抗裂钢筋及斜向钢筋。第二，设置滑动层与缓冲层。在大体积混凝土浇筑完成后，降温时产生较大温度收缩力，如底部垫层阻碍混凝土的体积变形，可能引发裂缝，影响整个结构的稳定性。在底部垫层与混凝土的接触面，设置滑动层，用于减低该区域的温度应力，避免裂缝出现。细化来说，滑动层为15~25 cm厚的沥青砂层或50mm厚的碎石屑层，还可选择热沥青或沥青油毡的组合作为滑动层，要求铺设两层热沥青。同时，在底板结构的内部高低交接处，设置缓冲层，选用聚苯乙烯泡沫为垂直方向的隔离结构（厚度控制在30~50mm），用于缓冲混凝土收缩变形产生的侧向压力，可预防温度裂缝。

2.3注意事项

在桥梁大体积混凝土裂缝处理过程中，为使处理后的裂缝达到预期中的修复效果，必须保证作业质量，同时还要对如下事项加以注意：（1）待处理的裂缝，其宽度5.0cm范围内不得存在油污、灰尘，疏松的混凝土要全部去除，并保持裂缝内部和混凝土表面干燥。（2）拌和好的封口胶除了要均匀之外，颜色应呈现灰色。底板下不得存在空洞、蜂窝等情况，必须保证注入孔畅通，裂缝密封的宽度基本保持均匀、一致，无明显的质量缺陷。（3）施工过程中，要保证浇筑过程的完好性，不得出现残缺、断裂的情况，确保注入时封口胶密封的部位无渗漏，所有注入器全部能够达到膨胀状态。（4）灌注胶注入完毕后，要及时清洗黄油枪等工具，经过清洗后的油枪各个部件能够灵活运转，如活塞、阀门等，螺纹的配合良好。

结束语

桥梁工程中，大体积混凝土构件相对较多。其中，当出现裂缝时，可在不破坏构件的前提下，采用先进的修补技术，对裂缝进行封闭处理。为达到预期中的效果，作业人员要掌握相关的技术要点，并在实际工程中合理应用。

参考文献：

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[3]魏林，马成贤.桥梁工程大体积混凝土裂缝成因分析及控制措施[J].高速铁路技术，2020（1）：38-40.