【摘要】：本文主要從三方面分析了橋梁工程中大體積砼裂縫的原因，即：水泥水化熱的影響、砼的收縮、外界氣溫變化的影響。為防止危害裂縫的產(chǎn)生，本文主要從大體積砼的骨料選擇、設(shè)計(jì)、施工等方面提出了相關(guān)控制措施，。
【關(guān)鍵詞】：橋梁工程；大體積砼裂縫；控制；防治
一、前言
近年來，我國交通基礎(chǔ)建設(shè)得到迅猛發(fā)展，各地興建了大量的混凝土橋梁。有關(guān)因出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量甚至導(dǎo)橋梁垮塌的報(bào)道屢見不鮮。而目前，對于橋梁中大體積混凝土開裂這種現(xiàn)象的研究較少，重視程度不高，有關(guān)大體積砼內(nèi)溫度應(yīng)力與裂縫控制大部分集中在水利工程中的大壩以及高層建筑的深基礎(chǔ)底板上。本文將對橋梁中大體積砼的裂縫出現(xiàn)原因進(jìn)行分析，并就如何控制提出相關(guān)措施。
二、裂縫產(chǎn)生的原因
裂縫的產(chǎn)生我們可以從兩個方面來談，其一，大體積砼為脆性材料，抗拉強(qiáng)度較低，只有抗壓強(qiáng)度的1/10左右。另一方面，水泥的水化熱會使砼內(nèi)部溫度急劇上升，并且在以后的降溫過程中，若存在一定的約束條件，會有相當(dāng)大的拉應(yīng)力產(chǎn)生，因而大體積砼的斷面尺寸較大。此外，由于大體積砼結(jié)構(gòu)中通常只在表面配置少量鋼筋，有時甚至不配鋼筋，這使得拉應(yīng)力要由砼本身來承擔(dān)。這些不利的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)均會造成大體積砼出現(xiàn)裂縫。具體的發(fā)生機(jī)理如下：
1、水泥水化熱的影響
水泥水化過程為放熱過程，一般每克水泥可以放出500J左右的熱量，釋放熱量大，且主要集中在澆筑后的7d左右。如果用350Kg/m3～550 Kg/m3的水泥來制造1m³的砼，那么在制造過程中將放17500KJ～27500KJ的熱量，從而使砼內(nèi)溫度升高。這種現(xiàn)象對于大體積砼來講，更加嚴(yán)重。由于砼內(nèi)部和表面的散熱條件的差異，致使砼中心溫度很高，外部較低，存在溫度梯度。這種溫度梯度使砼內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過砼的極限抗拉強(qiáng)度，砼表面就會產(chǎn)生裂縫。
2、砼的收縮
砼收縮現(xiàn)象表現(xiàn)為：在空氣中硬結(jié)時，砼的體積減小。這種在不受外力的情況下的自發(fā)變形一旦受到外部約束（鋼筋、支承條件等），就會在砼中產(chǎn)生拉應(yīng)力，使得砼開裂。干燥收縮、塑性收縮和溫度收縮是引起砼產(chǎn)生裂縫的三種主要收縮方式。在硬化初期的體積變化主要來自水泥石在水化凝固結(jié)硬過程的變化，后期主要是干縮變形，是由砼內(nèi)部自由水分蒸發(fā)引起的。
3、外界氣溫濕度變化的影響
施工期間，對防止大體積砼裂縫的產(chǎn)生造成很大影響的因素之一為外界氣溫的變化。砼內(nèi)部的溫度是各種溫度疊加的結(jié)果，包括澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結(jié)構(gòu)的散熱溫度等。外界氣溫直接影響著澆筑溫度，外界氣溫愈高，澆筑溫度愈高；而外界溫度降低則會使大體積砼的內(nèi)外溫度梯度增大。若外界溫度下降過快，會造成較大的溫度應(yīng)力，這較易引發(fā)砼的開裂。此外，外界的濕度也是其中因素之一，若外界的濕度降低，則會使砼的干縮速度加快，同樣也會引發(fā)砼裂縫的產(chǎn)生。
三、大體積砼裂縫的控制
1、大體積砼中水泥的品種及用量
理論研究表明水泥水化過程中釋放的大量熱量是造成大體積砼產(chǎn)生裂縫的主要原因。因此，應(yīng)該選擇低熱或者中熱的水泥品種。而水泥內(nèi)礦物成分決定了水泥釋放溫度的大小及速度，鋁酸三鈣（C3A）在所有水泥礦物中，位居發(fā)熱速率和發(fā)熱量的榜首，然后依次為硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）和鐵鋁酸四鈣 （C4AF）。值得注意的是，水泥顆粒越細(xì)，其發(fā)熱速率越快，然后卻對最終發(fā)熱量不造成影響。因此，在施工中我們可以盡量使用礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥等來提高散熱速率。為減少水泥水化熱，我們可以減少水泥的用量而充分利用砼的后期強(qiáng)度。大體積砼施工期限長，可將試驗(yàn)砼標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期向后推遲至56d 或者90d ，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)齡期為28d基本不可能達(dá)到。國外很多專家也提出過這樣的建議，這樣可以充分利用后期強(qiáng)度而減少水泥的使用量，每m3 砼可大約減少水泥40 Kg～70 Kg，從而使得砼內(nèi)部的溫度相應(yīng)降低4℃～7℃。
2、摻加外加料和外加劑
要降低大體積砼的水泥水化熱引起的內(nèi)部溫升，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫，最有效的方法之一是利用粉煤灰作砼的摻合料。摻入一定量的粉煤灰后，砼的密實(shí)度以及抗?jié)B能力有所提高，并且能有效改善砼的工作度，使最終收縮值有所降低，同時也可以減少水泥的用量。對于外加劑，可從UFA 膨脹劑和減水緩凝劑出發(fā)。①UFA 膨脹劑：可使砼產(chǎn)生適度的膨脹，可與水泥等量替換。并且，在保證砼的密實(shí)度的基礎(chǔ)上可使砼內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以抵消砼中產(chǎn)生的部分拉應(yīng)力。②減水緩凝劑。保證一定的坍落度的同時使用減水緩凝劑，可以延緩水化熱的峰值期并改善砼的和易性，通過降低水灰比從而達(dá)到減少水化熱的目的。
3、大體積砼的骨料控制
為減少水泥的用量，降低水化熱，減少干縮，減小了砼裂縫的開展，應(yīng)選取粒徑大、強(qiáng)度高且已配好的骨料。這種骨料的孔隙率及表面積均較小。
4、優(yōu)化大體積砼的設(shè)計(jì)
盡管大體積砼通常不布置鋼筋或者布筋較少，為有效的控制裂縫的發(fā)展，我們也可以在裂縫易發(fā)生部位如孔洞周圍以及轉(zhuǎn)角處布置一些斜筋，讓鋼筋代替砼承擔(dān)拉應(yīng)力。在設(shè)計(jì)中采用中低強(qiáng)度的水泥并充分利用砼的后期強(qiáng)度，可避免裂縫的出現(xiàn)。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要高度重視如何降低結(jié)構(gòu)的約束度，將砼中鋼筋保護(hù)層的厚度盡可能的降到最小值，厚度越大，對易發(fā)生裂縫。
5、大體積砼的施工
砼的施工對于保護(hù)大體積砼使其免于溫度裂縫起到關(guān)鍵作用，其過程由生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑和溫度及表面保護(hù)構(gòu)成。熱應(yīng)力的控制手段主要體現(xiàn)在對砼的內(nèi)外溫差△T的控制上：△T＝Tp＋Tr－Tf式中：Tp ―起始澆筑溫度；Tr ―水泥水化溫升；Tf―天然或人工冷卻后澆筑塊的穩(wěn)定溫度。
在施工溫度較高的情況下，需要注意降低砼澆筑時的溫度。降低砼的入模溫度可采取如下措施：①在施工現(xiàn)場，用布覆蓋堆在露天的砂石，以減少陽光輻射，同時冷水對澆筑前的砂石進(jìn)行降溫。②攪拌過程中向砼中添加冰水。③為加快砼內(nèi)部的熱量散發(fā)，可采用循環(huán)法保溫養(yǎng)護(hù)即在砼的內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水。④為降低砼內(nèi)外溫差，防止表面產(chǎn)生裂縫，砼表面應(yīng)該覆蓋一些織物進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。這樣也能有效防止砼因驟然降溫而產(chǎn)生貫穿裂縫，也可使水泥順利水化，防止產(chǎn)生濕度裂縫。⑤在砼內(nèi)埋設(shè)一定量的測溫點(diǎn)用來及時掌握砼內(nèi)部溫升與表面溫度變化值，從而可以更好的掌握砼的溫度變化情況，可及時采取措施有效的防治內(nèi)外溫差超過允許值25℃。
若是在冬季進(jìn)行施工，砼穩(wěn)定溫度較低，往往超過允許的溫差，出現(xiàn)早期砼被凍問題，為避免此類問題的出現(xiàn)，在砼澆筑時要求有較高的澆筑溫度，在冬季施工時一般以5℃～10℃為宜。在澆筑砼以前須用蒸汽對基礎(chǔ)及新砼接觸的冷壁進(jìn)行預(yù)熱，并根據(jù)氣溫高低對原材料進(jìn)行加熱。對石料進(jìn)行加熱時，最高溫度不應(yīng)超過75℃，以避免過熱和過分干燥。另外，在運(yùn)輸中的注意保溫，并且盡量減少澆筑過程中熱量的損失，做好保溫養(yǎng)護(hù)工作。
6、大體積砼的裂縫檢查與處理
砼裂縫主要是以預(yù)防為主，需要精心設(shè)計(jì)、施工。但是，實(shí)際工程中還是不可避免的出現(xiàn)一些裂縫，究其緣由，是因?yàn)槟壳安捎玫姆乐沽芽p的方法安全系數(shù)較小，外加實(shí)際情況復(fù)雜多變。表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫是大體積砼的裂縫的三種形式。對表面裂痕一般不作處理，因?yàn)槠鋵Y(jié)構(gòu)應(yīng)力、耐久性和安全基本沒有影響。可以用風(fēng)鎬、風(fēng)鉆或人工將裂縫鑿除，當(dāng)看不見裂縫且鑿槽斷面為梯形時，再將砼澆注在上面。對深層裂縫和貫穿裂縫也才采用限裂鋼筋法，對較深的裂痕，通常的處理方法是：待砼充分冷卻后，在裂縫上鋪設(shè)1～2層的鋼筋后再繼續(xù)澆筑新砼。而對與比較嚴(yán)重的裂縫，可以采取水泥灌漿和化學(xué)灌漿。裂縫寬度在0.5mm以上時，可采用水泥灌漿；裂縫寬度小于0.5mm時，應(yīng)采取化學(xué)灌漿，其材料一般選用環(huán)氧－糠醛丙酮系等。
四、結(jié)束語
大量的科學(xué)研究以及成功的工程實(shí)例都表明，我們在設(shè)計(jì)、施工工藝、材料選擇以及后期的養(yǎng)護(hù)過程中，如果能夠?qū)Ω鞣N因素的影響進(jìn)行充分考慮，我們是完全可以避免大體積砼因?yàn)闃O易產(chǎn)生裂痕而造成的危害。
參考文獻(xiàn)：
【1】岳銳強(qiáng). 橋梁混凝土裂縫成因分析 《公路》，2010, (5)
【2】彭圣浩.建筑工程質(zhì)量通病防治手冊[M] 中建筑工業(yè)出版社，2009
【3】王華生，趙慧如.混凝土技術(shù)禁忌手冊[M] 機(jī)械工業(yè)出版社，2009
