本站原创摘 要：本文通过对桥梁大体积混凝土施工质量问题产生的原因进行分析,通过优化配合比设计、改善施工工艺、做好温控及养护工作,对控制桥梁大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生能起到很好的作用,从而达到良好的施工质量.
关 键 词：桥梁；大体积混凝土；裂缝；温度应力
中图分类号：K928.78文献标识码：A
1 大体积混凝土施工质量问题产生的原因分析
大体积混凝土墩台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起的.各类裂缝产生的主要影响因素有几种：一是结构型裂缝,是由外荷载引起的,包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝.二是材料型裂缝,是由非受力变形变化引起的,主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的.
1.1收缩裂缝.混凝土的收缩引起收缩裂缝.收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大.选用水泥品种的不同,干缩、收缩的量也不同.
混凝土逐渐散热和硬化过程引起的收缩,会产生很大的收缩应力.如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝.在大体积混凝土里,即使水灰比并不低,自身收缩量值也不大,但是它与温度收缩叠加到一起,就要使应力增大,所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑.
1.2温差裂缝.混凝土内外部温差过大会产生裂缝.主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大.特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝.大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑.浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力.此时,混凝龄期短,抗拉强度很低.当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝.
1.3安定性裂缝.安定性裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的.
2 大体积混凝土施工质量控制措施
2.1 大体积混凝土配合比设计
对混凝土配合比设计的主要要求是：既要保证设计强度,又要大幅度降低水化热；既要使混凝土具有良好的和易性,又要降低水泥和水的用量.所以,施工中应选择合适水泥,减少水泥用量,掺外加剂,控制水灰比.根据设计要求,混凝土中掺加水泥用量4％的复合液,具有防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂4种外加剂的功能,溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性,使用水量减少20％左右,水灰比可控制在0.55以下,初凝时间延长到5h左右.严格控制骨料级配和含泥量,选用l0～40mm连续级配碎石,优选混凝土施工配合比,根据设计强度及泵送混凝土坍落度的要求,经试配优选.
2.1.1原材料质量控制：尽量选用低热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥),减少水化热.但是,水化热低的矿渣水泥的析水性比其他水泥大,在浇筑层表面有大量水析出.这种泌水现象,不仅影响施工速度,同时影响施工质量.混凝土泌水性的大小与用水量有关,用水量多,泌水性大,且与温度高低有关,水完全析出的时间随温度的升高而缩短；此外,还与水泥的成分和细度有关.所以,在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种,并应在混凝土中掺入减水剂.在施工中,应及时排出析水或拌制一些干硬性混凝土均匀浇筑在析水处,用振捣器振实后,再继续浇筑上一层混凝土.
2.1.2适当掺加粉煤灰.混凝土掺用粉煤灰后,可提高混凝土的抗渗性、耐久性,减少收缩,降低胶凝材料体系的水化热,提高混凝土的抗拉强度,抑制碱骨料反应,减少新拌混凝土的泌水等.
2.1.3选择级配良好的骨料.细骨料宜采用中粗砂,细度模数控制在2.8～3.0之间,因为使用中砂比用细砂可减少水和水泥的用量.砂、石含泥量控制在1％以内,并不得混有有机质等杂物,杜绝使用海砂；粗骨料在可泵送情况下,选用粒径5～20mm连续级配石子,以减少混凝土收缩变形.
2.1.4适当选用高效减水剂和引气剂,这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量,改善新拌混凝土的工作度,提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用.
2.2 温控措施及施工现场控制
2.2.1温度预测分析.根据现场混凝土配合比和施工中的气温气候情况及各种养护方案,采用计算机仿真技术对混凝土施工期温度场及温差进行计算机模拟动态预测,提供结构沿厚度方向的温度分布及随混凝土龄期变化情况,制定混凝土在施工期内不产生温度裂缝的温控标准及进行保温养护优化选择.
2.2.2混凝土浇筑方案.采用延缓温差梯度与降温梯度的措施,在浇筑前经详细计算安排分块、分层浇筑次序、流向、浇筑厚度、宽度、长度及前后浇筑的搭接时间,控制混凝土入模温度并加强振捣,严格控制振捣时间,移动距离和插入深度,保证振捣密实,严防漏振及过振,确保混凝土均匀密实,做好现场协调、组织管理,要有充足的人力、物力,保证施工按计划顺利进行,保证混凝土供应,确保不留冷缝,浇筑后对大体积混凝土表面较厚的水泥浆进行必要的处理(一般浇筑后3～4h内初步用水长刮尺刮平,初凝前用铁滚筒碾压两遍,再用木抹子搓平压实)以控制表面龟裂,混凝土浇灌完及拆模后,立即采取有效的保温措施并按规定覆盖养护.
2.2.3混凝土温度控制.为了降低混凝土的总温升,减少内外温差,控制混凝土出机温度和浇筑温度是一个很重要的措施.对混凝土出机温度影响最大的是石子及水的温度,砂次之,水泥的影响较小.因此,具体施工中可采取加冰拌和,砂石料遮阳覆盖,送管道用草袋包裹洒水降温等技术措施.预埋水管,是降低混凝土浇注温度的有效措施.冷却水管大多采用直径为25mm的薄壁钢管,按照中心距1.5～3.0m交错排列,水管上下间距一般也为1.5～3.0m,并通过立管相连接.
2.2.4通水冷却.采用薄壁钢管在一些混凝土浇筑分层中布设冷却水管,冷却水管使用前进行试水,防止管道漏水、阻塞,根据混凝土内部温度监测,控制冷却水管进水流量及温度.
2.3加强混凝土养护
大体积混凝土的养护,可根据工程的具体情况,采用薄膜加草袋或蓄水的养护方法.在控制内外温差的前提下,应尽可能推迟保温层开始覆盖的时间.大体积混凝土保温保湿养护中,应对混凝土的内表温度,顶面及底面温度,室外温度进行监测,根据监测结果对养护措施作出相应的调整,确保温控指标的要求.温度测定可采用在每个测温点上埋设测温片.
2.4 构造设计上采取的防裂措施
2.4.1增配构造筋提高抗裂性能.配筋应采用小直径、小间距.全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间.
2.4.2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.
2.4.3在易裂的边缘部位设置暗梁,提高该部位的配筋率,提高混凝土的极限拉伸.
2.4.4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.
结语
在桥梁大体积混凝土施工中,控制混凝土 中心温度与表面温度,表面温度与环境温度之差是非常重要的.实践证明,在优化配合比设计,改善施工工艺,提高施工质量,做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施,坚持严谨的施工组织管理,完全可以控制桥梁大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生,起到良好的施工效果.