桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及其防治措施研究

桥梁工程大体积混凝土裂缝成因及其防治措施研究

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【摘要】由于大体积混凝土具有结构体型大、施工技术要求高、所产生的水泥水化热高且不易挥发等特点,因而在施工过程中若控制不当极易产生各种裂缝,这不仅对构件外观造成较大影响,同时对结构的使用功能和耐久性也产生一定的影响,严重时,甚至危及结构的安全性,造成人民群众生命财产的巨大损失,所以应当引起全体工程技术人员的高度重视。本文着重对裂缝产生的原因进行了分析,提出了相应的防治措施。

【关键词】桥梁;大体积混凝土;裂缝;成因;防治措施

【中图分类号】U445.7【文献标识码】A【文章编号】1002-8544(2017)10-0159-02

近年来,随着工程技术的迅猛发展,我国在桥梁建设方面取得了举世瞩目的成就,所新建的一批各种结构类型的特大型桥梁,创造了多个世界之最。但所有大型、特大型桥梁的建设,都离不开混凝土这种建材,而在桥梁工程中,很多混凝土构件,往往都是属于大体积混凝土范畴(结构实体最小几何尺寸大于1m)。由于大体积混凝土具有结构体型大、施工技术要求高、所产生的水泥水化热高且不易挥发等特点,因而在施工过程中若控制不当极易产生各种裂缝,这不仅对构件外观造成较大影响,同时对结构的使用功能和耐久性也产生一定的影响,严重时,甚至危及结构的安全性,造成人民群众生命财产的巨大损失,所以应当引起全体工程技术人员的高度重视。

1.大体积混凝土裂缝产生的主要原因

大体积混凝土结构产生裂缝是多种因素共同作用的结果,归纳起来主要有以下几个方面:

1.1水泥水化热造成的影响

水泥水化热是大体积混凝土中的主要温度因素。由于混凝土硬化过程中特别是最初几天水泥水化热的产生,可在混凝土内部积累大量的热量,而混凝土的导热性能不良,可使结构内部的最高温度达到70-80℃,从而引起构件的体积膨胀。在升温时,混凝土构件会积累大量的压应力,而在逐步降温时,构件又会产生很大的拉应力,在两种力的反复作用下,势必会导致结构出现裂缝,严重时可形成贯穿性裂缝。

1.2外界气温变化的影响

大体积混凝土在施工阶段,外界气温的变化,也会对构件裂缝产生不利影响。由于施工时外界气温越高,混凝土的浇注温度也越高,如果外界温度下降,又增加混凝土的降温幅度,特别是气温骤降,会大大增加外层混凝土与内部混凝土之间的温差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,温差越大,这种温度应力也越大,而此时,由于混凝土龄期较短,强度较低,当应力作用超过了混凝土极限强度时,裂缝就产生了。

1.3约束条件的影响

约束种类可分为外约束和内约束。外约束一般指模板、支架等对结构变形的约束;内约束指较大的断面结构,由于内部非均匀的温度及收缩分布,各质点变形不均匀而产生的互相约束。大体积混凝土由于温度变化会产生变形,而这种变形又受到约束,便产生了应力,当应力超过结构的极限强度时,便引起裂缝。

1.4表面干缩引起的裂缝

当构件混凝土终凝后,若养护措施不到位,使表层混凝土失水,导致出现收缩;遇大风天气,构件表面无覆盖物时,也会导致表层瞬时干缩,而此时如混凝土龄期较短,强度较低,也会在表面形成干缩裂缝。

1.5材料裂缝

材料裂缝亦称安定性裂缝,表现为龟裂,主要是由于水泥体积安定性不合格或骨料含泥量过大而引起。

2.大体积混凝土裂缝防治措施

2.1防止水化热过大产生温度裂缝的措施

(1)配制混凝土时,选用水化热较低的水泥,如采用矿渣水泥。

(2)选择合适的砂石级配,并在保证混凝土强度的前提下,掺入粉煤灰等混合材料,尽量减少水泥用量,使水化热相应降低。

(3)选用合适的混凝土外加剂。在大体积混凝土配合比设计时,宜选用合适的外加剂,如掺入水泥用量1%的聚羧酸高性能缓凝型减水剂,一方面可以延缓并匀化水化热集中产生,另一方面,由于减水效应,与普通混凝土相比,在达到同样强度与和易性要求的基础上,可以减少水泥用量约20%~30%,这样,在大大降低了工程成本同时,也从根本上减少了水化热的产生。

(4)夏季时,尽量选择在气温较低时浇筑混凝土,并且通过采取对模板及原材料降温等措施,降低混凝土的入模温度。

(5)采用合理的浇筑顺序。根据整体连续浇筑的要求,结合构件外型尺寸等具体情况,选用全面分层法、分段分层法、斜面分层法等各种不同的浇筑方法。

2.2防止内外温差过大导致裂缝产生的措施

(1)采用人工导热法,即在混凝土内部预先埋设冷却水管,当混凝土浇筑完成后,立即采用循环水冷却降温,该措施极为有效。

(2)对混凝土外部采取覆盖蓄热或蓄水保温等措施,从而减少内外温差,原则上,内外温差不应大于25℃。

2.3改善约束条件所采取的措施

(1)混凝土应力的大小很大程度上取决于结构的约束情况,而约束作用的大小,与分缝间距有密切关系。合理的分缝能减轻约束作用,缩小约束范围。因此,可通过设置后浇带等方式,来改善约束条件。同时,加强混凝土的振捣,提高混凝土的密实性,在应力集中部位可增设构造配筋,提高混凝土的抗裂性。

(2)合理确定模板及支架的拆除时间,从而避免因混凝土结构变形时外部约束导致的裂缝产生。

2.4防止表面干缩导致裂缝产生的措施

混凝土浇筑完毕后,应及时按规范要求对构件进行保温保湿养护。不同施工季节,应选用不同的混凝土养护方法。夏季施工时,要采用草帘覆盖、蓄水、洒水等方法进行养护;正常气温时,可喷洒养生液养护;冬季施工时,可使用保温材料来提高混凝土的表面温度,也可用薄膜养生液、塑料薄膜等封闭材料对混凝土保温、保湿,使混凝土表面在规定养护期间内(普通水泥不少于14天,矿渣水泥、火山灰水泥不少于21天),始终处于湿润状态。并且,遇大风天气时,要做好防风措施,防止由于风吹使混凝土表面快速风干导致的干缩裂缝产生。

2.5材料裂缝防治措施

(1)选择合格的水泥。在进行配合比设计前,应对拟采用的水泥进行原材料检验,对体积安定性等指标不合格的水泥产品,坚决弃用。并且在日后的施工过程中,需对进场的每一批次水泥进行抽检,在各指标合格的基础上,方可投入使用。

(2)选择合格的粗细集料。在配合比设计前,亦应对集料进行原材料检验,特别是颗粒级配和含泥量这两个项目。在满足规范要求的前提下,方可进行配合比设计工作。粗集料宜采用连续级配,含泥量应控制在1%以内;细集料宜采用II区中砂,含泥量应控制在2%以内。

3.结语

综上所述,大体积混凝土裂缝的产生是由于水泥水化热、内外温差、约束条件以及原材料质量等多因素共同作用的结果,因此,在实际施工中,只要正确选择原材料,采取科学的施工措施,严格施工管理,裂缝的产生是可防可控的。相信在不折不扣的落实以上几点防治措施的基础上,就可有效的避免和减少混凝土裂缝的产生,保证工程质量,避免混凝土结构因出现裂缝而导致的各种不良后果发生,使大体积混凝土结构工程更趋合理、安全、完美。

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50--2011).

[2]付华.大体积混凝土裂缝控制理论与工程应用研究.2007.

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