橋梁工程大體積混凝土非荷載裂縫研究
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摘要：通過對橋梁工程大體積混凝土“非荷載裂縫”產(chǎn)生的原因進行分析，介紹了該裂縫的具體分類，闡述了導致該裂縫的具體問題所在，著重分析了對該裂縫的有效控制方法，希望能夠為橋梁工程施工工作提供一些參考，保障橋梁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全使用效果。
關鍵詞：橋梁工程；大體積混凝土；裂縫
0引言
我國橋梁施工技術(shù)的進步推動了混凝土事業(yè)的發(fā)展，大體積混凝土在橋梁建筑之中得到了廣泛運用。該種混凝土應用模式具有體積大、混凝土數(shù)量多，工程條件復雜和施工技術(shù)要求高等特點。大體積混凝土施工需滿足強度、剛度、整體性和耐久度，還必須控制橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)部位裂縫的擴展，保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。
1橋梁工程中大體積混凝土裂縫分類
橋梁大體積混凝土常出現(xiàn)裂縫，而常規(guī)裂縫可分為兩種。第一種，因結(jié)構(gòu)承受荷載產(chǎn)生的裂縫。該種裂縫是結(jié)構(gòu)在荷載作用下某些部位產(chǎn)生的拉應力超過材料抗拉強度引發(fā)的，又名為荷載裂縫。另一種，是因混凝土材料的收縮變形，溫度變化及混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕等引起的裂縫，又名非荷載裂縫。截止到目前為止，荷載裂縫的相關研究較為完善，建立了相關理論和控制標準。而相關非荷載裂縫的探究并不多見，雖然相關學者提出在設計和施工中以一些構(gòu)造措施防止和減輕裂縫，但當前尚未建立有效的控制措施。故本文以橋梁大體積混凝土結(jié)構(gòu)中存在的非荷載裂縫開展此次研討。
2橋梁工程中大體積混凝土非荷載裂縫的成因
2.1溫度裂縫
2.1.1水泥水化熱?；炷猎谟不^程中，水泥水化會產(chǎn)生大量熱量，使其在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，增加內(nèi)部溫度，造成混凝土內(nèi)外溫度差異及散熱時間存在較大差異，外部散熱較快，導致混凝土內(nèi)外溫度有較大不同，形成了一定的溫度差[1]。此外，混凝土中由于具有一定的溫度差，在較大程度上會產(chǎn)生熱脹冷縮效應，知識混凝土表面出現(xiàn)應拉力，導致混凝土自身抗拉達到極限，形成裂縫。2.1.2外界氣溫變化。外界氣溫嚴重影響混凝土質(zhì)量，導致混凝土出現(xiàn)裂縫。這是因為混凝土在澆筑過程中，溫度也在不斷變化?；炷翜囟葧S著外界溫度變化，外界溫度升高，則混凝土水化熱溫度較高。而溫度增大會破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導致裂縫產(chǎn)生。如外界氣溫降低，會使混凝土內(nèi)外層溫度出現(xiàn)差異。氣溫激素下降，混凝土會產(chǎn)生較大的溫度應力，導致混凝土出現(xiàn)裂縫。
2.2收縮裂縫
混凝土在物理學中有一種現(xiàn)象，混凝土凝結(jié)過程中隨著凝結(jié)的不斷深化，體積逐漸變小，此種現(xiàn)象叫做混凝土收縮[2]。此外，在一些情況下，混凝土因外界因素影響，堅固性較強，變形能力降低，使其內(nèi)部收縮應力降低，自身存在一定抗拉強度，導致混凝土內(nèi)外壓力增加而形成裂縫。裂縫也因形成原因不同，可分為干縮裂縫和塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫是因混凝土終止凝結(jié)前受到溫度的影響，使混凝體中的水分過度散失，導致混凝土體積收縮速度加快，由于混凝土在凝結(jié)過程中抗拉力較小，無法應對內(nèi)外部壓力差，導致裂縫出現(xiàn)。干縮裂縫主要是發(fā)生在混凝土澆筑后養(yǎng)護階段，是因混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)不同出現(xiàn)的裂縫。
2.3鋼筋銹蝕引起的裂縫
鋼筋銹蝕在較大程度上也會造成混凝土裂縫，為此在對橋梁進行設計時需要對裂縫寬度采用規(guī)范化要求進行有效控制，并且在此基礎上使用保護層對其進行保護，但保護層不能過厚。此外，橋梁工程在施工過程中，還需要對混凝土的水灰比進行嚴格控制，應加強振搗，提高混凝土的密實性，避免大量氧氣進入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時還應減少含氯鹽的外加劑用量，特別是潮濕地區(qū)以及沿海地區(qū)應慎用[3]。
3橋梁工程中大體積混凝土非荷載裂縫的控制
3.1橋梁設計措施
橋梁在設計過程中，對結(jié)構(gòu)形式與分塊采用合理的設計并對設計條件進行改善，可避免大體積混凝土外部受力過大致使裂縫出現(xiàn)。為降低非荷載裂縫出現(xiàn)記錄，還需重視橋梁工程大體積混凝土構(gòu)造結(jié)構(gòu)，通過配筋構(gòu)造及溫度控制降低裂縫出現(xiàn)率。當橋梁出現(xiàn)裂縫時，也有人以斜筋彌補。常規(guī)大體積混凝土布置鋼筋較少，但如若出現(xiàn)裂縫或空洞，也可以斜筋彌補，承擔混凝土的應受力，控制裂縫發(fā)展。
3.2原材料的選擇
選擇合適的材料能夠有效對混凝土裂縫進行有效控制：3.2.1水泥。需要選擇凝結(jié)時間長、水化熱較低以及中、低熱硅酸鹽水泥，不宜使用早強型水泥。3.2.2骨料。材料選擇應連續(xù)級配，細骨料應以中粗砂為主。如材料選取不理想，可以粒徑較大、質(zhì)量上層，級配良好的骨料。因粒徑越大，級配良好，骨料空隙率和表面積越小，其用水量則相應減少，水泥用量也減少。骨料選取之中，細度規(guī)模應在2.6～2.9之間。工程實踐證明，采用平均粒徑較大的中粗砂，相對于細沙，每平方米可減少用水量20kg左右，水泥量也可減少26～39kg，方可降低混凝土干縮，減少水化熱，降低混凝土裂縫發(fā)生率。3.2.3摻合料。工程實踐證明，粉煤灰的水化熱遠小于水泥，在保證工程質(zhì)量的前提下，通過摻加適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰，減小水泥用量，可有效降低水化熱；優(yōu)質(zhì)粉煤灰的需水性小，有減水作用，可降低混凝土的單位用水量；還可減小混凝土的自身體積收縮，有的還略有膨脹，有利于防裂。另外，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰還能改善混凝土的和易性和可泵性。3.2.4減水劑。摻加減水劑可減低混凝土用水量及水泥用量，降低水化熱反應，減緩水化熱釋放速度。與此同時，熱峰也相對推遲。緩凝型減水劑還能夠抑制水泥水化，降低水化溫升，降低裂縫發(fā)生率。減水劑對于水泥顆粒有明顯分散效應，可增加混凝土拌和物的流動性，提高混凝土強度，提升水泥水化效果。
3.3配合比設計
混凝土配合比需在一定原則下，保證混凝土強度及耐久性，計算施工用量，并適當增加用量。力求降低水化熱反應，減少裂縫。同時，優(yōu)化混凝土的生產(chǎn)配合比，最大程度上提升混凝土的流動性和和易性，提高施工效率和質(zhì)量。
3.4施工措施
3.4.1降低混凝土的澆筑入模溫度。在混凝土澆筑時，應在合適的溫度中進行澆筑，溫度過低與過高對澆筑質(zhì)量都會造成一定的影響，若是夏天，可以選擇夜間進行澆筑，應盡量避免在午間高溫時澆筑混凝土。材料提前一周進行準備，優(yōu)先采用進場時間較長的水泥，水泥溫度宜保持在50℃以下；骨料宜搭建廠棚或進行覆蓋，避免長時間暴曬；拌和用水應在混凝土開盤前的1h從深井抽取地下水，蓄水池需在夏天搭建涼棚，避免陽光直射。3.4.2優(yōu)化混凝土的澆筑方案?；炷翝仓?，需嚴格控制初期凝固時間。常規(guī)情況下，時間不能超過12h。除此之外還要保證混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的恒溫，防止裂縫出現(xiàn)[4]。澆筑混凝土過程中需分層澆筑，可低內(nèi)部溫度進行間接散熱，控制混凝土內(nèi)部溫度并開展二次收漿，避免表面出現(xiàn)龜裂的情況。3.4.3合理的振搗。在對混凝土振搗時，需要使用高頻振動器振搗，振動器應插入下層混凝土5～10cm處，均勻排列與振實，后振動器插點間距應試振動器半徑的1.5倍，不可對模板與鋼筋造成損傷。振搗時間可在15s，待平坦后停止。3.4.4溫控檢測，埋設冷卻管。大體積混凝土在澆灌前，可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部預埋一定數(shù)量的冷卻管，在合理位置上布置測溫點，冷卻管和測溫點的位置和間距需根據(jù)實際情況確定。溫控措施圓滿完成后也能夠高標號灌漿料堵實，后根據(jù)測得溫度向預埋的管內(nèi)注入一定冷卻水，保證溫差小于25℃，利用循環(huán)水帶走水化熱；冷卻水的流量應控制，保證降溫速率不大于15/d。盡管這種方法需要增加一些成本，卻是降低大體積混凝土水化熱溫度最為有效的措施。
4結(jié)語
綜上所述，橋梁工程中對大體積混凝土非荷載裂縫進行控制，能夠有效提升橋梁施工質(zhì)量，對整體橋梁后期投用有較好的質(zhì)量保障。雖然大體積混凝土產(chǎn)生裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以有效控制的，我們在橋梁施工時需要根據(jù)具體施工環(huán)境，及時采用有效的施工技術(shù)進行裂縫控制，有效提升橋梁的整體性、耐久性和安全性，保證橋梁施工質(zhì)量。
參考文獻：
[1]黃林毅.淺析橋梁工程中大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2013（5）：159.
[2]蔡愛林.淺析橋梁大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（7）：76.
[3]楊敏劍.高鐵橋梁工程大體積混凝土裂縫成因及控制措施[J].價值工程，2011（32）：101.
[4]陳玉光.淺談橋梁工程中大體積混凝土裂縫的成因與控制[J].科學之友，2012（14）：73-74.
作者:李慶 單位:徐州市公路工程總公司