大体积混凝土桥墩台裂缝的原因分析及防控技术

【摘要】裂缝是混凝土结构物最常见的病害, 尤其大体积混凝土铁路桥的桥墩更易于出现裂缝。本文结合实例探讨了大体积混凝土桥墩台裂缝的防治措施。

【关键词】大体积 混凝土 裂缝

中图分类号：TU37 文献标识码： A

前言

随着建设事业飞速发展，在很多建筑工程中，大体积混凝土都得到了广泛的应用，而且大体积混凝土多用于建筑工程的主要受力部位。在桥梁施工中常见于承台、墩身等部位，其上有巨大荷载，整体性要求较高，大体积混凝土浇筑后水泥水化热大，混凝土表面极易出现裂缝，大体积混凝土由于各种原因容易产生出现裂缝而影响工程整体质量。所以，需要我们加强对裂缝控制技术的研究，分析大体积混凝土产生裂缝的原因，从而找到有效防止大体积混凝土开裂的控制对策，使建筑工程整体质量得到有效保障。

一、墩台混凝土开裂原因分析

经综合分析，墩身混凝土表面开裂主要是混凝土内部水化热引起及混凝土干缩变形综合影响产生的裂缝。

1、水泥水化热影响

(1)水泥水化过程中产生大量的热量，由于大体积混凝土截面厚度大，且混凝土的导热性能较差，致使水化热聚集在结构内部不易散发，引起混凝土内部急骤温升；混凝土内外较大温差导致混凝土内部产生温度应力，且温差越大，产生的温度应力就越大；当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，就会产生裂缝。实践证明：大体积混凝土内外温差超过25℃时，混凝土将产生裂缝。

(2)水泥越细，早期强度越高；单位体积混凝土中水泥用量越大，混凝土内部早期水化热引起的温升就越高。本例桥墩混凝土原采用重庆富皇水泥厂生产的普硅水泥P．032．5R，水泥用量344kg／m3。该水泥为早强水泥，细度较细，混凝土水化速度过快，水化热集中释放，造成混凝土结构内外温差大于25℃，引起墩台身混凝土表面开裂。

2、施工工艺及混凝土干缩影响

施工工艺不当，造成混凝土离析，则混凝土浇筑完成后结构内部易形成不同材质粒组聚集区，由于混凝土与混凝土中不同材质收缩率差异，如混凝土凝结硬化过程中水泥浆收缩率较混凝土收缩率要大的多，因此水泥浆聚集区就极易产生裂缝。具体导致原因为：

（1）混凝土搅拌时间影响。由于混凝土中掺入了高弦减水剂，施工过程中，混凝土搅拌时间过短(少于3min)，高效减水剂未充分发挥作用，而在混凝土运输或浇筑后减水剂发挥了部分减水作用，增大了混凝土坍落度，造成了混凝土离析。

（2）混凝土浇筑工艺影响。施工时，混凝土泵送至桥墩托盘顶帽上部，在距托盘左右侧模板边缘1／4宽度位置设置了2个串筒，混凝土由串筒下落到浇筑面。随着混凝土浇筑，串筒下的混凝土逐步形成了混凝土堆，因施工设计}昆凝土配合比坍落度为16cm，流动性能好，加上施工过程中振捣棒振动使混凝土向周边流动，由于混合料比重的差异(混凝土混合料比重分别为：水泥3．1g／cm³，砂2．65g／cm³，石2．8g／cm³，水1g／cm³，气泡0．2g／cm³，粉煤灰2．1g／cm³)，在流动过程中混凝土产生液化离析现象，从混凝土堆中心由近至远依次是砂+石——水+水泥——水+粉煤灰——气泡。这样在两混凝土堆交界处(墩身中部)就形成了粉煤灰浆+水泥浆+气泡聚集区。一般混凝土的收缩率为0．4％～0．6％，砂浆收缩率为0．8％～1．2％，水泥浆收缩率为1％～2％，即混凝土及混凝土中不同材质收缩率存在差异。加之，墩身混凝土内部存在粉煤灰浆+水泥浆+气泡聚集区，混凝土内部就存在了抗裂薄弱区。而且，一般混凝土强度达到8MPa时，才能抵抗开裂温度应力，但粉煤灰浆在浇筑完成后15d内强度增长较慢(试验测定3d仅能达到0．8MPa)，此时混凝土内部温度达到最高峰值，从而混凝土内外温差达到最大值，由此产生的温度应力大于薄弱区墩身混凝土抗裂能力而产生裂缝。

3、外界气温变化的影响

大体积混凝土结构在施工期间，混凝土浇筑温度与外界温度有直接关系，外界气温越高，混凝土的浇筑温度就越高。刚浇筑的混凝土，外界气温下降会增加混凝土的温度梯度，特别是外界气温骤然下降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温差，因而会造成过大的温度应力，易使大体积混凝土出现裂缝。

4、混凝土养生不良

规范规定：为防止混凝土开裂，混凝土内外温差不得超过25℃，一般控制混凝土温差不大于20℃。施工中，混凝土养生不到位，混凝土受风或温差过大都易造成混凝土开裂。

二、工程概况

某工程，施工时间为5 月份～ 10 月份，跨夏、秋两季，其中夏季最高气温35．1 ℃ ～37．7 ℃，昼夜温差较大、空气干燥。本桥桥墩最大墩高为22 m，1 号～ 8 号桥墩为圆墩形桥墩，9 号～ 25 号桥墩为矩形墩，其中圆墩形顶部半径为1．15 m，长2．3 m，宽2．2 m，桥墩底部半径为1．85 m，长3．7 m，宽2．2 m，矩形墩桥墩下部长5．18 m，宽3．28 m，桥墩上部长4．2 m，宽2．3 m，属大体积混凝土施工。

三、具体预防措施

1、降低混凝土初始温度

由于混凝土温升速率较大，一般为35 ℃ ～ 40 ℃，加上初始温度可达70 ℃ ～ 80 ℃，所以为保证混凝土内部温度大，降低混凝土初始温度就成为控制施工裂缝的主要方法。经计算，要保证出机口混凝土的温度能满足不大于20 ℃，必须要求: 水泥温度不大于40 ℃，粗细骨料温度不大于18 ℃，拌合水温度不大于10 ℃。为了降低出机口混凝土温度，必须尽可能降低混凝土各组成成分的温度。经验显示，通常混凝土每降低1 ℃，需水泥温度降低约10 ℃，或水泥用量减少10 kg，或拌合水温度降低7 ℃，或骨料温度降低1．5 ℃，可见，骨料温度和拌合水温度对出机口混凝土温度影响较大。

（1) 骨料。

a． 骨料进料运输过程避开上午10 点～ 下午6 点高温时段;

b． 在骨料堆上方搭设遮阳棚，均匀喷洒雾状水进行冷却，降低骨料温度;

c． 将骨料堆高控制在6 m 以上，并尽量从料堆底部取料;

d． 加强对骨料的检测，对含泥量超标的必须进行清洗或禁止进场，对含水率要增加检测次数，根据含水率及时调整砂、石及用水量，保证配合比的严格执行。

（2) 拌合用水。拌合用水采用地下水拌合，地下水温度经量测最高温度不超过10 ℃。

（3) 水泥。主要措施: 减少水泥用量和降低水泥温度。

a． 通过掺加粉煤灰、高效缓凝减水剂等措施对配合比进行了优化，降低了水泥用量，从而降低了水化热。

b． 降低水泥温度:水泥温度对混凝土的温度影响很大，根据以往经验，在夏季散装水泥的温度往往高达70 ℃ ～ 80 ℃，为此要求水泥厂家供货贮存30 d 以上，到场的散装水泥温度不大于40 ℃; 在水泥罐及粉煤灰罐体外涂刷白色油漆，增加对阳光反射并外挂遮阳网，同时尽量增加水泥贮存量和贮存时间。对粉煤灰也进行同样要求的处理。

2、降低水化热热量、减缓水化热过程

掺入粉煤灰以减少水泥用量，降低水化热释放热量( 见图 1) ，增加混凝土和易性，加缓凝剂，延长水化热反应速度，降低水化热释放速率( 见图2) 。

3、降低混凝土内外温差防止裂缝

北古河特大桥桥墩模板安装完毕后，在桥墩内部安装冷水循环管，循环管采用直径3 cm 软塑管，按螺旋形布设，间距为1 m，其中进水口在桥墩浇筑面顶部，出水口设在桥墩底部，顶部进水口进水采用抽水泵不间断供水( 见图3) 。

4、防止塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝大约在浇筑混凝土后几小时到十几小时出现。为保证混凝土产生塑性收缩，混凝土浇筑前将基层和模板浇水均匀湿透。混凝土浇筑完成后拆模时间延长至24 h，主要为了防止拆模造成的表面水分流失。拆模后及时覆盖塑料薄膜，保持混凝土终凝前表面湿润。

结论

体积混凝土桥墩台裂缝产生的影响因素很多，在施工过程中，应根据工程与施工现场的实际情况，详细制定混凝土开裂的控制措施并加以认真落实，是可以做到尽可能少地出现裂缝的。

【参考文献】

[1]李柏楠.大体积混凝土桥墩承台的施工技术措施[J].中国市政工程，2007（4）：12-14.

[2]王威，万惠文.高强大体积混凝土桥墩的温度变化与控制措施[J].建材世界，2010（2）：22-24.