桥梁大体积混凝土裂缝原因及控制措施分析
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摘 要
结合工程实例，对桥梁大体积混凝土裂缝出现原因进行总结，包括水泥水化热的影响、荷载作用产生的裂缝、其他因素的影响等，提出了减少大体积混凝土裂缝产生的措施，需要加强材料质量控制、提高施工现场温度测控力度及大体积混凝土浇筑时间控制，更好地确保桥梁基础大体积混凝土的施工质量，提升工程的经济效益和社会效益，促进我国桥梁工程可持续发展。
关键词
桥梁大体积混凝土;裂缝原因;控制措施
中图分类号： TU755.7 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 59
Abstract
Combined with engineering examples， the causes of large-scale concrete cracks in bridges are summarized， including the effects of heat of cement hydration， cracks caused by load， and other factors. The measures to reduce large-scale concrete cracks need to be strengthened. Material quality control， increase the temperature measurement and control of the construction site and control of the mass concrete pouring time， better ensure the quality of the mass of the bridge foundation mass concrete， improve the economic and social benefits of the project， and promote the sustainable development of bridge engineering in China.
Key words
Bridge mass concrete; Crack cause; Control measures
随着交通基础建设的进一步扩大，大体积混凝土在桥梁结构中的应用越来越多，如墩柱、盖梁、承台、桥台等。随之带来的裂缝问题引起了越来越多的工程技术人员的关注。裂缝的出现，不仅影响桥梁的美观，而且使桥梁整体抗压能力降低，因此采取有效措施将大体积混凝土裂缝问题控制在可承受范围之内意义重大。本文对裂缝出现的原因进行了分析总结，并提出了大体积混凝土施工质量控制措施。
1 工程概况
某桥梁工程位于甘肃省境内，从整个桥梁结构的受力特点来说，由于整个结构自重较大，且地基会承受较大的上部荷载，为了更好地满足设计承载力的要求，一般其设计的界面尺寸都比较大。本工程为某桥梁基础工程，基础尺寸为：53.8m×52.8m×2.5m，属于大体积混凝土。为保证工期，桥梁基础一次浇筑，不设置后浇带。由于混凝土一次性的浇筑量非常大，导致了在短时间内混凝土内部积聚了大量的水化热量，使得整个内外部结构中的温度梯度变化较大，内部产生了非线性收缩变形。如果在桥梁基础边界受到限制的情况之下，变形就很难被释放，在内部就会产生温度应力，当温度应力产生的内部应力超过了混凝土的极限抗拉强度的时候，混凝土就会出现裂缝，并且随着混凝土的水化，裂缝会逐渐变大，对于整个桥梁基础工程的工程质量和耐久性都会产生较大的影响。所以说，采取合理的方法能有效降低桥梁基础大体积混凝土的内外温差变化，并且对裂缝进行有效控制是非常必要的。
2 桥梁大体积混凝土裂缝出现原因
2.1 水泥水化热的影响
大体积混凝土浇筑完毕后，由于水泥水化热作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高（可达70℃左右，甚至更高），因为混凝土内部和表面散热条件不同，大体积混凝土内部温度不易散出，从而由中心向外形成温度梯度，内外温差变形不同，产生温度应力，使混凝土表面产生拉应力，内部产生压应力。一旦拉应力超过混凝土极限抗拉强度，混凝土表面就会产生裂缝，从而不利于构件的工作。
2.2 荷载作用产生的裂缝
混凝土桥梁裂缝主要有直接应力裂缝、次應力裂缝两种。直接应力裂缝是指荷载引起的直接应力下产生的裂缝，主要原因有：大体积混凝土结构设计计算不合理;结构实际受力与设计假设不符;施工过程中擅自更改结构的施工顺序;施工荷载超出预期。次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力下所产生的裂缝，主要原因有：由于桥梁结构中经常需要开洞、凿槽等，设计计算难以用准确的图示进行模拟计算;设计外荷载与实际外荷载与出入。
2.3 其他因素的影响
温度降低在0℃以下时，混凝土饱和之后就会出现冰冻现象，将混凝土中游离的水分凝结成冰，混凝土中膨胀力加大，在构件表面出现沿主筋和箍筋方向宽窄不同的裂缝。沉降裂缝，主要原因有地基产生不均匀沉降导致模板支撑不稳;模板支撑底部松动;混凝土浇筑振捣过程中，块状材料下沉，泥浆类材料上浮等。
3 减少大体积混凝土裂缝产生的措施
3.1 材料质量控制
混凝土出现裂缝主要原因就是混凝土水泥水化过程释放大量热量，使混凝土内外受力不同产生裂缝，所以在选材的时候，应该优先选择水化热较小的水泥，例如：中热硅酸盐水泥。大体积混凝土配料要添加一定量的粉煤灰，粉煤灰能降低水泥水化热，提高和易性，增强抗渗能力，而且还能降低水泥的用量，极大地提高混凝土强度，所以大体积混凝土要添加一定量的粉煤灰。粗骨料优先选用5mm-20mm粒径的连续级配石子，细骨料优先选用中砂，这样的骨料空隙较小，能够减少水泥的使用量，产生的水化热较小，减少干缩，能够控制混凝土裂缝的出现。 3.2 施工现场控制
3.2.1 温度测控
对不同区域的温度进行实时监控，并且还需要和周围的环境温度进行一并监控，具体包括各个桥梁基础的表面、中间以及底部位置都需要预埋一组PN结温度传感器，通过传感器进行温度的实时监控。主要采用温度测量设备为XMZ-102型数显温度控制仪，并且对混凝土内部温度进行实时监控，并且根据监控的数据和温控的指示来对冷却水的速度和流量进行调节。使得混凝土内外温差不超过在25℃。
大体积混凝土施工时应该加强混凝土地内外温差的监测，利用计算机仿真技术对混凝土施工期温差进行计算机模拟动态监测，记录混凝土结构沿厚度方向的温度变化，一旦发现混凝土内外温差超过规范要求（设计无要求时，温差不宜超过25℃），采取措施提高混凝土外部温度。同时最好选在春秋季进行大体积混凝土施工，浇筑过程中，加强通风，尽量避免在太阳下直接暴晒。
3.2.2 控制大体积混凝土浇筑时间
浇筑振捣时，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振。薄层浇捣均匀上升，以利于散热，同时把握好混凝土流淌的最近和最远点等边缘部位。高频振捣棒应尽量垂直插入，快插慢拔，均匀布置。应采取二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。
3.2.3 桥梁大体积混凝土的温度变化分析
根据实际监控的结果以及相关的理论分析，桥梁基础大体积混凝土浇筑按照内外温差的变化的趋势主要可以分为升温、降温以及稳定三个不同的阶段，在混凝土刚刚浇筑完成之后，内部的水泥水化在很短的时间之内完成，并且随着浇筑时间的延续，整个浇筑的温度降低逐渐的趋于稳定。并且由于混凝土本身的导热系数比较小，很容易导致中心区域的热量形成积聚，所以，在前期的时候需要通过加压来对内部的温度进行有效地降低，保证内部热量的释放。在混凝土降温时期，部分区域混凝土存在温度梯度，需要采取有效方法减少因结构内部存在温度梯度而产生的应力。当环境温度在30℃左右时，对基础表面采取覆盖土工布、塑料薄膜等方式养护，侧面采用薄膜包裹保湿及加强覆盖抗风等措施，减少表面热量的散失。
4 结语
综上所述，针对桥梁基础大体积混凝土的施工裂缝控制是保证桥梁基础施工质量的关键，也是工程质量控制当中非常重要的问题。从整个大体积混凝土裂缝形成的原因来看，不同的工程项目原因可能不尽相同，但是从目前的裂缝控制技术来看，大体积混凝土裂縫的控制主要可以从三个方面着手，分别是温度控制、混凝土浇筑时间控制，材料质量控制等，在施工的过程中借助于合理方法有效降低大体积混凝土内外温差，减小混凝土裂缝的产生。此外，需要坚强对混凝土施工材料的质量控制，提高桥梁工程的整体稳定性，促进我国桥梁工程的优化与发展。
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