桥梁工程大体积混凝土裂缝分析及相应措施

　　摘要：桥梁大体积混凝土裂缝问题是普遍而又难以解决的实际问题，本文分析了造成桥梁结构中大体积混凝土裂缝的原因并提出了一些预防、处理措施。
　　关键词：大体积；混凝土；裂缝；措施
　　引言
　　由于目前国家加大基础建设投资、拉动内需的需要，公路工程项目投入进一步加大，而各类桥梁在公路工程的应用日益广泛，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多。但是，相应暴露出来的问题也越来越多，其中大体积混凝土的裂缝问题尤为突出。
　　一、大体积混凝土裂缝产生原因分析
　　大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1／10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；在之后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力；大体积混凝土结构中通常只配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担，故容易产生裂缝。
　　（一）水泥水化热的影响
　　水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7d左右一般每克水泥可以放出500J左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3～550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量从而使混凝土内部温度升高。（可达70℃左右，甚至更高）。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。
　　（二）混凝土的收缩
　　混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。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等三种。在硬化初期主要是混凝土在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。
　　（三）外界气温湿度变化的影响
　　大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。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。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
　　二、相应预防措施
　　（一）水泥品种的选择和用量控制
　　对于大体积混凝土应尽量选择低热或中热水泥，矿渣硅酸或火山灰水泥。同时充分利用混凝土后期强度，减少水泥用量，将混凝土标准强度令期延长至二个或三个试验令期，这样每立方米混凝土可减少水泥用量，使混凝土内部温度降低。
　　（二）掺外加料和外加剂
　　在大体积混凝土中掺入一定量的粉煤灰，可增加混凝土的密实度，提高抗渗能力，降低收缩值，减少水泥用量。外加剂可选择膨胀剂即可替换水泥，又能增加密实度，同时可使混凝土内部产生压力，抵消拉应力。减少水缓凝剂，即可延缓水化热又能改善和易性，减少水化热的目的。
　　（三）砂石料的控制
　　骨料应选择粒径大、强度高、级配好的，从而减少水泥用量，降低水化热，减少干缩，减少裂缝的开展，选择低碱或无碱砂石料，避免由化学反应而引起裂缝。对原材料的含泥量，严格控制规范允许的范围之内。
　　（四）优化设计
　　在大体积混凝土容易发生裂缝的部位或转角处布置一定数量的斜筋，来承担拉应力，同时对钢筋保护层厚度尽是取小值，也可避免裂缝的出现水灰比并严格控制水灰比。大体积混凝土的防裂施工措施。在夏季气温较高的情况下施工，应采取适当措施降温保温。如用草袋或其它纺织物覆盖浇水养护，降低混凝土内外温差，可防止裂缝的产生。冬季应用保温措施，施工时混凝土温度不得低于5℃。对于原材料要加温预热，避免过热和干燥，运输中注意保温。
　　（五）浇筑时减少热量损失和保温养护
　　混凝土的拌制。每盘混凝土的拌和时间应控制在2～3分钟左右，搅拌时间不宜过长也不能过短，过短搅拌不均匀，过长会破坏材料结构；混凝土浇筑过程中要做几次坍落实验，严格控制施工水灰比。
　　混凝土浇筑。浇筑过和中采用插入式振捣器为主，附着式震动器为辅。附着式震动器应采用间歇式震动，每次开启的时间大约为30秒左右，以避免浇筑过程中出现漏震现象。地基要保证设计密实度。必要时要夯实和加固，所用模板表面应湿润光滑，有足够的强度和钢度，支撑要牢固拆模板时间应适当。
　　三、裂缝的处理方法
　　对于大体积混凝土裂缝应以预防为主。虽然精心设计，精心施工，仍难以避免裂缝的发生，尤其针对深层和贯穿裂缝，必须进行处理。
　　（一）表面修补法
　　在裂缝表面涂抹水泥浆环氧胶泥或沥青或玻璃纤维布等措施。
　　（二）灌浆法
　　在裂缝中灌入水泥浆或化学浆，硬化后与混凝土成整体，从而达到封堵加固的目的。
　　（三）混凝土置换法
　　对深层或贯穿裂缝多采用混凝土置换法，即在裂缝处凿成梯形槽深至裂缝浓度，加铺适当钢筋后，浇筑新的混凝土。
　　（四）自愈合法
　　在混凝土传统组分中加入某些特殊组分(如液芯纤维或胶囊)在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，当混凝土出现裂缝时分泌出部分液芯纤维，可使裂缝重新愈合。
　　四、结语
　　综上所述，虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。
　　参考文献：
　　[1]混凝土研究协会编，《混凝土裂缝检测、控制与修补新技术》，中国科技文化出版社，2005.9[!--empirenews.page--]
　　[2]交通部公路科学研究院.公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

《桥梁工程大体积混凝土裂缝分析及相应措施》

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