摘要：在橋梁工程的施工過(guò)程中，大體積混凝土收縮裂紋是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在，通過(guò)對(duì)大體積混凝土收縮裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出控制方法，包括材料和配合比的控制和施工工藝的控制，以期達(dá)到防患于未然的目的。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土;收縮裂紋;控制

一、 工程概況

鄭州黃河公鐵兩用橋?yàn)槭�武鐵路客運(yùn)專(zhuān)線及中原黃河公路大橋跨越黃河的共用特大橋梁。本標(biāo)段主橋鐵路墩身施工范圍為6#～12#墩，里程：QCK651+453.749～QCK652+176.949。鐵路墩頂高程+103.024m，主橋6-11#墩身采用圓端形，墩身平面尺寸為19×5m，高為8.68m(其中主橋6#墩墩身底部有23×8×1.5m墩座)，鐵路墩帽高4.5m。主橋12#墩為主引橋連接墩，則采用門(mén)型框架墩，墩身為3個(gè)立柱，立柱高7.68m，單個(gè)立柱截面3×5m。墩帽及托盤(pán)高4.5m，墩頂寬23m。鐵路墩身采用C45鋼筋混凝土實(shí)心結(jié)構(gòu)，鐵路墩帽采用C40鋼筋混凝土實(shí)心結(jié)構(gòu)。

二、大體積混凝土產(chǎn)生收縮裂紋的原因

何謂大體積混凝土，日本建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)認(rèn)為，結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差越過(guò)25℃的混凝土，稱(chēng)為大體積混凝土�；炷�土產(chǎn)生裂紋的原因是混凝土的各部分在不同程度都受到一定的約束，它不能自由收縮，差異應(yīng)變產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生裂紋，如果一個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)在溫度或濕度變化引起體積變化的情況下，能夠自由收縮或膨脹，這個(gè)結(jié)構(gòu)就不會(huì)開(kāi)裂。

混凝土塑性收縮引起的收縮裂紋

混凝土收縮的主要原因是混凝土中的用水量、膠凝材料用量較多，用水量和膠凝材料中水泥用量越高，水泥的水化熱也就越大，混凝土的收縮就越大，不同的水泥品種，干縮、收縮的量也不同。混凝土逐漸散熱和硬化過(guò)程引起的收縮，會(huì)產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力。如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過(guò)當(dāng)時(shí)的混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土中產(chǎn)生收縮裂紋。

三、如何控制和盡量避免收縮裂紋

1、材料和配合比的控制

(1)原材料的控制

1)水泥

首先，選擇水泥時(shí)不能以強(qiáng)度作為唯一的指標(biāo)，對(duì)于高性能混凝土耐久性同樣非常重要。因?yàn)樘岣咚�泥的�?qiáng)度，實(shí)際上是增加水泥中的C3A和C3S含量并提高水泥的比表面積，這樣將導(dǎo)致水泥水化速率過(guò)快，水化熱大，混凝土收縮大，抗裂性下降、混凝土的微結(jié)構(gòu)不良、耐久性降低。要改善混凝土的抗裂性，就要控制水泥中的C3A和C3S的含量且水泥顆粒不能太細(xì)，混凝土早期強(qiáng)度越高，在早期也越易開(kāi)裂，所以要慎用早強(qiáng)水泥。其次，控制水泥中的堿含量，堿的影響首先表現(xiàn)在增加混凝土的開(kāi)裂傾向，不管是否有活性骨料存在，開(kāi)裂首先是由于水泥的高含堿量引起的收縮。所以，工程項(xiàng)目中使用的普通硅酸鹽水泥除滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外，對(duì)水泥的堿含量、比表面積、熟料中的C3A含量等指標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，使比表面積≤350m2/kg，堿含量≤0.8%，C3A含量≤8%，降低水泥的水化熱和堿含量，增強(qiáng)其抗裂性。

2)骨料

骨料在混凝土中所占比例一般為混凝土絕對(duì)體積的80%左右，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、表面清潔無(wú)弱包裹層、級(jí)配良好的骨料。骨料吸水率大的混凝土?xí)�有較大的長(zhǎng)期收縮，影響混凝土的抗裂性，骨料級(jí)配和粒徑不好，采用帶循環(huán)水的絞籠沖洗，使原材料表面清潔。本項(xiàng)目中砂子中粒徑5~10mm粗顆粒較多，約占總重量的15%，會(huì)影響骨料級(jí)配，通過(guò)測(cè)定砂石粗顆粒的含量并將該部分粗顆粒折算成5~10mm碎石，相應(yīng)減少該粒徑范圍的碎石含量，同時(shí)保證砂率不變。

3)高效減水劑及礦物摻和料

高性能混凝土采用聚羧酸高效減水劑，可以降低大體積混凝土的水膠比和膠凝材料的用量，并且混凝土配合比中摻入粉煤灰和礦粉各占膠凝材料總量20%，因此混凝土強(qiáng)度發(fā)展較慢，水化熱的產(chǎn)生不像普通混凝土集中，礦渣的摻量到一定數(shù)量后，由于減少相應(yīng)的水泥量，礦渣水化的速度因缺少足夠的水泥中激發(fā)物而降低，相應(yīng)的水化熱和自收縮減少。

根據(jù)高性能混凝土對(duì)各種原材料的要求和原材料檢測(cè)結(jié)果，就可以確定高性能大體積混凝土的原材料。

(2)配合比優(yōu)選

混凝土的技術(shù)性能在很大程度上是由原材料的性質(zhì)及相對(duì)含量決定的，混凝土配合比應(yīng)根據(jù)混凝土的原材料品質(zhì)，混凝土實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)、耐久性等的要求進(jìn)行試拌選定。

由于本項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)均采用高性能混凝土，其配合比的選定遵循以下基本原則：

1)為提高混凝土耐久性，改善混凝土抗裂性，混凝土中適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦粉等礦物摻和料;

2)不同的混凝土強(qiáng)度和環(huán)境條件等級(jí)，混凝土的最大水膠比和最大膠凝材料用量滿足規(guī)范要求;

3)混凝土中摻入能提高混凝土耐久性的高效多功能復(fù)合外加劑。

2、施工工藝的控制

(1)控制內(nèi)部溫度應(yīng)變

本工藝主要依靠并保證已局部水化的混凝土不能變冷，與最熱部分相比較不超過(guò)20°C的溫差。與傳統(tǒng)的方法相反，這里的原則是如果不能使混凝土冷卻，那么就要對(duì)它進(jìn)行保溫。

低水泥用量的大體積混凝土可用傳統(tǒng)的灌筑方法使混凝土冷卻。然而，對(duì)于結(jié)構(gòu)性的混凝土，由于強(qiáng)度的需要通常采用鋼筋混凝土。這時(shí)，采用上述傳統(tǒng)的冷卻方法是不經(jīng)濟(jì)的，與此同時(shí)，混凝土內(nèi)部不能保持冷卻。

估計(jì)混凝土水化而產(chǎn)生的溫度變化問(wèn)題是非常困難的，因?yàn)檫@一過(guò)程會(huì)涉及到許多變量。英國(guó)相關(guān)報(bào)道表明，這些變量可由極限溫升的簡(jiǎn)單計(jì)算所代替。本方法指出水化混凝土可能達(dá)到的最高溫度是灌筑時(shí)混凝土的溫度加上混合物中水泥含量100公斤/米3為12°C的數(shù)值。

(2)避免外部施加的約束

控制溫度差是為控制混凝土的外部和內(nèi)部溫度裂縫。當(dāng)鋼筋是連續(xù)跨越每個(gè)交界面時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免對(duì)著相鄰近的側(cè)面或者介于兩相對(duì)的硬化了的混凝土大體積斷面中灌筑新拌混凝土。新拌混凝土的熱膨脹以及隨后不可避免的冷卻引起的收縮，所以不管斷面有多么厚，均有可能形成完全貫通混凝土的應(yīng)力裂縫。

(3)實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土截面的一次連續(xù)灌注

與溫度應(yīng)變和外部約束一樣，實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土截面的一次連續(xù)灌注也十分重要。連續(xù)灌筑要求完整計(jì)劃，同時(shí)考慮運(yùn)送混凝土到灌筑地點(diǎn)的最好途徑。大體積預(yù)拌混凝土的供應(yīng)能力與大體積輸送設(shè)備一樣非常重要。由于在這類(lèi)工程里緩凝劑通常是至關(guān)重要的，應(yīng)仔細(xì)選擇與它們性質(zhì)一致的附加劑，而且要與使用在混凝土內(nèi)所有的材料相容。同時(shí)每個(gè)工程人員都應(yīng)參加施工前的討論會(huì)，以保證清楚工程的作業(yè)方法并在工程中共同協(xié)調(diào)努力。

施工接縫總是不可避免的，所以在灌筑過(guò)程中必須要經(jīng)過(guò)細(xì)致地考慮以避免封閉的斷面。在這種情況下，不僅是20°C的溫度差值得考慮，而且對(duì)灌筑混凝土的全部膨脹和隨后的收縮進(jìn)行認(rèn)真的估算。

四、結(jié)論

大體積混凝土的施工裂紋雖然不可避免，但是通過(guò)合理手段是可以控制的。通過(guò)以上分析證明，選用滿足要求的原材料，采用合理的配合比和正確的施工工藝，進(jìn)行良好的施工養(yǎng)護(hù)，能夠有效地控制大體積高性能混凝土裂紋的產(chǎn)生。由于裂紋的控制涉及原材料質(zhì)量、混凝土配合比、混凝土生產(chǎn)質(zhì)量、施工氣象、施工、養(yǎng)護(hù)等諸多因素的課題，需要各部門(mén)、各環(huán)節(jié)共同努力，精心配合才能奏效。通過(guò)實(shí)踐證明，只要努力，裂紋是可以控制在最小范圍內(nèi)的。

五、參考文獻(xiàn)

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