铁路桥梁大体积混凝土裂缝施工控制.docxVIP

?

?

铁路桥梁大体积混凝土裂缝施工控制

?

?

于兴川

摘要：本文分析了铁路桥梁大体积混凝土产生裂缝的原因，对在施工中如何采取措施控制大体积混凝土裂缝的产生，提出了几点看法。

关键词：桥梁；大体积混凝土；裂缝；水化热

1前言

随着国家铁路建设的发展，大体积混凝土在桥梁结构中应用的越来越多，而且大多数都应用于主要受力部分，与此同时暴露出来的质量问题也越来越多，其中，大体积混凝土的裂缝问题尤为突出。我国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；美国则规定为：任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。而对温度荷载引起得有关裂缝的研究尚不充分。我们应对此加以重视，防止危害结构的裂缝产生。另外对于大体积混凝土内温度应力与裂缝控制也多集中在水利工程中的大坝、高层建筑的深基础底板。而对于铁路桥梁中大体积混凝土的裂缝的研究并未得到足够的重视。

2大体积混凝土裂缝产生的原因

2.1水泥水化热

水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的2～5d左右，从而使混凝土内部温度升高。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

2.2混凝土的收缩

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时(支承条件、钢筋等)，将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

2.3外界气温、湿度变化

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

3铁路桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制

桥梁工程大体积混凝土裂缝的产生主要是设计和施工两方面的原因，因此主要从以下五个方面来进行控制：

3.1优化铁路桥梁工程大体积混凝土的设计

铁路桥梁工程大体积混凝土裂缝的控制首先从设计方面来考虑，主要从以下几个方面来优化设计：即使铁路桥梁工程大体积混凝土不布置钢筋或者布筋较少，为避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。如在孔洞的周围以及转角处等布景一些斜筋，从而让钢筋代替混凝土承担拉应力，提高混凝土的极限拉伸能力，这样可以有效的控制裂缝的发展；在设计中优先考虑利用中低强度水泥，充分利用混凝土的后期强度；对于混凝土中钢筋保护层的厚度应当尽量取较小值，因为保护层的厚度愈大愈容易发生裂缝；增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距；在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

3.2合理选择水泥品种及用量

理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。

精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值的抗裂混凝土。

3.3充分利用混凝土的后期强度

根据工程特点，充分利用混凝土后期强度，可以减少用水量，减少水化热和收缩。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56d或者90d是合理的。基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每立方米混凝土减少水泥40Kg～70Kg左右，混凝土内部的温