探讨桥梁大体积混凝土温度裂缝控制对策

摘要: 对于桥梁结构中的大体积混凝土施工的特点，解析了容易引起裂缝产生的水化热、温差及收缩等原因。本文就桥梁大体积混凝土温度裂缝产生原因进行分析并给予对策。

关键词:桥梁工程；大体积混凝土；温度裂缝；对策

中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号：

桥梁工程的不断发展了，大体积混凝土在桥梁结构中应用的逐渐增多。国内普通混凝土配合比设计规范规定：混凝土结构物中实体最小尺寸不小于1m 的部位所用的混凝土即为大体积混凝土。裂缝是大体积混凝土施工中最常见的通病，对混凝土结构强度、耐久性都有较大影响，所以必须在施工过程中采取措施预防和控制裂缝的产生。

一、裂缝产生的原因分析

大体积混凝土产生裂缝，一方面是混凝土由于内外温差而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部约束和混凝土各质点间的约束，而产生的应力和应变。 一旦温度应力超过混凝土的抗拉应力时，即会出现裂缝。 温度裂缝产生的主要有以下几个影响因素:

（1） 水泥水化热

水泥的水化热是最主要影响因素。 在大体积混凝土中,水泥在水化过程中要散发一定的热量，由于断面较厚，水泥散发的热量聚集在结构内部不易散失，因而会导致混凝土内部温度持续的上升。 水泥水化热引起的温度变化与混凝土的配合比有关，如水泥和粉煤灰的用量，单位体积水泥水化放热量,并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般在 1.5～3 天达到最高温度。 由于混凝土导热性能差，浇筑初期强度和刚度都较小，对水化热引起的急剧温升而产生的变形约束不大，相应的温度应力也较小。 随着龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也愈来愈大,以至产生了很大的拉应力。当混凝土抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。

（2） 外界气温

在大体积混凝土施工中，由于受温差控制的影响，表面温度和由水化热引起的中心温度是相对统一的。 外界气温愈高，混凝土浇筑温度也高，相应地就会增加结构的中心温度。 当外界气温下降时，特别是气温突然下降时，会大大增大混凝土的内外温差和温度梯度，因变形差更大，从而产生更大的温度应力，这对大体积混凝土的施工极为不利。 因此，在气温变化幅度较大时，通常都采用养护措施以保证温差在控制范围内,以达到控制温度裂缝的目的。

（3） 混凝土收缩

混凝土中含有大量空隙、粗孔隙及毛细孔隙,孔隙中存在水分，而水分的活动将影响到混凝土的一系列性质。混凝土的收缩变形主要有以下几种形式:

1）自由收缩。 混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩,是化学结合水与水泥的化合结果，它与外界湿度变化无关。

2）塑性收缩。 混凝土浇筑前 20 h，水泥水化反应激烈，逐渐形成分子链，出现在泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩，此时骨料和胶结料之间产生不均匀的收缩变形。

3）碳化收缩。 指大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形。

4）干缩。 水泥石在干燥和水湿的环境中要产生干缩和湿胀作用，最大的收缩发生在第一次干燥之后。

（4）约束条件

结构在变形变化中，必然会受到一定的“约束”或“抑制”，阻碍其变形。 弄清楚变形与约束的关系，就能采取必要的措施达到阻止产生裂缝的目的。 约束种类可概括为两类，外约束和内约束。 外约束是指结构手的边界条件，一般指支座或其它外界因素对结构物变形的约束。 内约束是指大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，名质点变形不均匀而产生的相互约束。 具有大断面的结构，其变形还可能受到其他物体的宏观约束，同样会产生应力。

（5） 徐变性质

结构物在任意内应力作用下，除瞬时弹性变形外,其变形值随时间的增加的现象称为徐变变形，结构物的最终变形由弹性变形和徐变变形两部分组成，徐变变形也会导致结构物的开裂。 结构随某一固定约束变形时，由于徐变性质，其约束应力将随时间下降，称之为“应力松弛”。 徐变引起的应力松弛有其不利的一面，如随时间变化的变形荷载可以引起异号应力，在压应力区引起的拉应力特别是当降温速度大于升温速度时，更容易引起开裂。

二、 裂缝的主要控制措施

（1）合理分缝分块

在大体积混凝土施工过程中，为了有效降低大体积混凝土的内外温差，常采用分块浇筑。 分块浇筑又可分为分层浇筑法和分段浇筑法两种。 分层浇筑法目前有全面分层法、分段分层法、斜面分层法 3种浇注方案。 在时间允许的条件下，可将大体积混凝土结构采用分层多次浇注，施工层之间按施工缝处理，即薄层浇筑技术，它可以使混凝土内部的水化热得以充分地散发，应该注意的是分层浇筑的间歇时间。 目前水工大体积混凝土中遵循的原则是薄层短间歇，对施工缝的处理要求十分严格。 而在桥梁大体积混凝土施工中，由于体积相对较小，多采用一次性整体浇筑和全面分层多次浇筑。

（2）降低浇筑温度

要降低混凝土的最高温度和温差，比较直接的措施是降低浇筑温度，但其实施必须拥有一定的条件才能实现，在特大型工程中可能才用得到。 降低浇筑温度的具体措施包括:①降低原材料温度，如做好水泥散热、骨料浇水冷却和预冷等；②采用冷却拌和水与加冰拌和；③浇筑前预冷混凝土；④减少运输途中的热量倒灌，包括减小运输距离，采用特制的保温罐车,用保温材料包裹混凝土泵送管道等。在桥梁大体积混凝土的施工中比较实用的措施是做好水泥散热工作、对骨料浇水冷却、采用冷却拌和水和减小运输距离等。

（3）合理安排施工进度

施工进度对大体积混凝土的温度的变化影响非常明显。 特别应该注意的是分次、分层浇筑的间歇时间。 在分次当中，若间歇时间过长，则会延长施工工期，另一方面也会使老混凝土对新浇筑的混凝土产生较大的约束，从而在上下层混凝土结合面产生难以发现的垂直裂缝。 若间歇时间过短，则正处于下层混凝土升温阶段，表面温度较高，这时覆盖上层混凝土,会明显不利于下层混凝土的散热，也容易导致上层混凝土升温，可能超过混凝土要求的最高温升，从而加大混凝土产生裂缝的可能性。 因此，上层混凝土覆盖的适宜时间应是在下层混凝土温度己降到一定值时,即上层混凝土温升倒入后，下层混凝土温度回升值不大于原混凝土最高温升。 在每次浇筑中，又分几层，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在上层混凝土初凝之前，开始浇筑下层混凝土。 层间最长的时间间隔不大于混凝土的初凝时间。 当层间间隔时间超过混凝上的初凝时间。

（4）冷却水管目前,在大体积混凝土的现场温控措施中，较为常用的就是采用冷却水管，因为其具有直接、经济、易施工等特点，在桥梁中得到广泛应用。 在冷却水管的使用中,影响冷却效果的因素包括:管材、管径、管长、埋设方式、间距、冷却水温度、通水速率等。 管长根据现场情况而定，但长度应≤400 m；在埋设方式上，分为矩形排列、梅花形排列和纵横交错；冷却水温度当然是越低越好，但也要考虑冷却水与混凝土的温差，以防在冷却水管周围引起裂缝；通水速率保证管内产生紊流即可。

（5） 养护措施

大体积混凝土常用的养护方法是保温隔热法。其中在严寒地区可采用托克托古尔法。 采用的表面保温材料包括：保温被、泡沫塑料板、聚苯乙烯泡沫塑料板、草袋、砂层保温及喷涂保温层等。 养护的主要目的是保持适宜的温度和湿度条件，混凝土的保温措施常常也起到保湿的效果。保温的目的有两个:①减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝；②延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使由温差导致混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。保湿养护的作用是:①浇筑不久尚处于凝固硬化阶段的混凝土,水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面的脱水而产生干缩裂缝；②混凝土在保温及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土的抗拉强度。

三、 结束语

为避免大体积混凝土很容易产生裂缝，我们必须要在设计、施工工艺、材料选择方面做好工作，这样可以避免危害结构的产生的，这是由我们大量的科学研究以与成功的工程实例证明的，我们要在过程中充分考虑的各种因素的影响，做好各方面的细致工作。

参考文献:

[1]袁广林，黄方意，沈华等.大体积混凝土施工期的水化热温度场及温度应力研究[J].混凝土，2005.

[2] 张保善.混凝土结构[M].武汉.武汉理工大学出版社,2003.

[3]刘柯大体积混凝土温度监刚及分析研究[j]建筑技术开发，2005.3.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。